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Ciência e observação direta de moléculas em células vivas

Vencedores do Nobel de Química superaram as previsões da microscopia 

Imagem cortesia de HHMI
Proteínas no interior de uma célula, observadas com técnicas desenvolvidas por Eric Betzig.
Por John Fischman

Por descobrir uma maneira de ver coisas que a maioria dos cientistas acreditava que nunca poderiam ser vistas, três especialistas em microscopia receberam o Prêmio Nobel de Química de 2014. Stefan W. Hell, e Eric Betzig com William E. Moerner, desenvolveram duas técnicas diferentes para aumentar a potência da microscopia ótica, permitindo que cientistas observassem moléculas em ação dentro de uma célula viva, assistissem ao DNA sendo montado, e acompanhassem a ação de proteínas envolvidas nas doenças de Huntington e de Alzheimer.

Na manhã de 8 de outubro, em Estocolmo, o comitê do Nobel anunciou que o prêmio, “pelo desenvolvimento da microscopia fluorescente de super-resolução” estava sendo concedido a Hell, diretor do Instituto Max Planck para Química Biofísica em Göttingen, na Alemanha; Betzig, pesquisador do Campus de Pesquisa Janelia Farm, do Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) em Ashburn, na Virgínia; e Moerner, professor da Stanford University na Califórnia.

Os cientistas descobriram maneiras de quebrar uma barreira aparentemente intocável, estabelecida em 1873 quando o microscopista Ernst Abbe produziu uma equação determinando o limite máximo do microscópio ótico. Seu trabalho indicava, de maneira muito persuasiva, que o mundo visível parava a aproximadamente metade do comprimento de onda da luz visível, ou cerca de 0,2 micrômetros.

Esse “limite de difração” significava que cientistas poderiam ver os contornos de uma célula, mas não seu funcionamento interno.

Microscópios eletrônicos poderiam observar coisas menores, explica Sven Lidin, diretor do comitê do Nobel de Química e químico da Universidade Lund, na Suécia. “Mas para utilizá-los era preciso matar a célula”, o que tornava impossível observar qualquer coisa em ação, aponta ele.

O trabalho dos novos laureados significa que “reações podem ser estudadas enquanto acontecem, não como resultado final, mas realmente enquanto ocorrem. Isso abre possibilidades completamente novas para a química e a bioquímica”.

Em 1994, Hell publicou um artigo descrevendo um método chamado de “depleção via emissão estimulada” que, na prática, transformava um microscópio ótico em uma lanterna, capaz de se concentrar em uma parte muito reduzida de uma célula.

O método usava dois pulsos de luz. O primeiro pulso estimula moléculas fluorescentes em uma célula. O segundo cancela a luz de todas as moléculas ao redor de um único ponto brilhante. Isso permite que a área brilhante seja vista claramente.

 Em 2000, Hell conseguiu produzir imagens de uma única bactéria a uma resolução nunca antes vista em um microscópio ótico.

Betzig e Moerner, independentemente, desenvolveram outra técnica chamada de “microscopia de célula individual”.

A ideia é iluminar moléculas fluorescentes de maneira seletiva em uma amostra, mas deixar as outras apagadas; então, basta mudar o foco levemente para moléculas adjacentes, e repetir o processo.

Em 1997, Moerner demonstrou que poderia identificar uma única molécula isolada, uma proteína verde fluorescente de uma água-viva, fazendo-a se acender e apagar como uma pequena lâmpada com um interruptor.

Em 2006, Betzig mostrou que, após uma molécula se apagar, ele poderia acender outra molécula próxima e, ao sobrepor as imagens, criar uma imagem completa de parte de uma célula.

Conversando pelo telefone, Hell declarou que a barreira de difração era assustadora. “Mas eu acreditava que acender e apagar moléculas poderia me mostrar o caminho. Eu não desisti”, conta ele. Lidin, do comitê do Nobel, adicionou que para superar essa barreira “você precisa ter muita confiança em suas ideias. E você precisa ter perseverança”.

Tom Barton, presidente da Sociedade Química dos Estados Unidos e professor da Iowa State University, declarou que o trabalho dos vencedores “nos permitiu ver o que antes era invisível – removendo o véu de bactérias, vírus, proteínas e pequenas moléculas”.

Betzig se baseou nessas técnicas para produzir filmes de alta resolução de células, e você pode ler sobre eles (e ver os filmes) em Scientific American, (em inglês), que descreveu esse trabalho em 2013.

O método de Moerner para observar o interior de células foi descrito em um artigo de 2009, também publicado em Scientific American. Sua técnica para analisar moléculas individuais dentro de um cristal foi relatada pela revista em 1991.

 Scientific American 8 de outubro de 2014