आणविक स्तर पर दुनिया की छानबीन करना मुश्किल है। लेकिन गति में अणुओं पर ध्यान केंद्रित करने की कोशिश करना और भी कठिन काम है। रसायन विज्ञान में इस साल का नोबेल पुरस्कार तीन वैज्ञानिकों के काम का सम्मान करता है, जिन्होंने जीवन के मिनीस्कूल बिल्डिंग ब्लॉकों को फ्रीज करने और उन्हें करीब से अध्ययन करने के लिए एक तकनीक विकसित की थी।
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रसायन विज्ञान में, संरचना अक्सर एक अणु के कार्य से दृढ़ता से संबंधित होती है और इसलिए उन संरचनाओं की गहन रूप से जांच करके जो जीवन के सभी क्षेत्रों को बनाते हैं - वायरस से पौधों से मनुष्यों तक - शोधकर्ता बीमारी के लिए बेहतर उपचार और इलाज की दिशा में काम करने में सक्षम हो सकते हैं।
"एक तस्वीर समझने की कुंजी है, " रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज प्रेस विज्ञप्ति के अनुसार पुरस्कार की घोषणा करती है।
1930 के दशक के बाद से, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी - जिसमें इलेक्ट्रॉनों के बीम का उपयोग वस्तुओं के मिनट के विवरण की छवि के लिए किया जाता है - ने वैज्ञानिकों को हमारी दुनिया के सबसे छोटे हिस्सों को देखने की अनुमति दी है। लॉरेल हैमरस फॉर साइंस न्यूज़ की रिपोर्ट के अनुसार, यह तकनीक आदर्श नहीं है जब यह जीवित जीवों की संरचनाओं का अध्ययन करने की बात करती है।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप को ठीक से काम करने के लिए, नमूना एक वैक्यूम में होना चाहिए, जो जीवित ऊतकों को बाहर निकालता है और कुछ संरचनाओं को विकृत कर सकता है जो वैज्ञानिकों को अध्ययन करने की उम्मीद है। नमूना भी हानिकारक विकिरण के साथ बमबारी है। अन्य तकनीकों, जैसे कि एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी, अपनी प्राकृतिक स्थिति में जीवन की छवि नहीं बना सकती है क्योंकि इसके लिए ब्याज के अणुओं को कठोरता से क्रिस्टलीकृत रहने की आवश्यकता होती है।
स्कॉटिश आणविक जीवविज्ञानी रिचर्ड हेंडरसन के लिए, ये प्रतिबंध जीवित कोशिकाओं को बनाने वाले अणुओं को देखने के लिए बस अयोग्य थे। 1970 के दशक की शुरुआत में, उन्होंने एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके परमाणु स्तर तक प्रोटीन की छवि बनाने के लिए एक तकनीक विकसित की, विज्ञान के एरिक स्टोकस्टैड की रिपोर्ट। माइक्रोस्कोप को कम-शक्ति पर सेट किया गया था, जिसने एक धुंधली छवि बनाई जो बाद में एक गाइड के रूप में अणु के दोहरावदार पैटर्न का उपयोग करके उच्च-रिज़ॉल्यूशन में संपादित किया जा सकता था।
लेकिन क्या होगा अगर नमूने दोहराए नहीं गए थे? यहीं पर जर्मन बायोफिजिसिस्ट जोआचिम फ्रैंक आए। उन्होंने गैर-दोहराए जाने वाले अणुओं की एक तेज 3-आयामी छवियां बनाने के लिए एक प्रसंस्करण तकनीक विकसित की। उन्होंने कई अलग-अलग कोणों पर कम-शक्ति वाली छवियां लीं, और फिर समान वस्तुओं को समूहीकृत करने के लिए एक कंप्यूटर का इस्तेमाल किया और उन्हें जीवित अणु का 3 डी मॉडल बनाने के लिए तेज किया, न्यूयॉर्क टाइम्स के केनेथ चांग की रिपोर्ट।
1980 के दशक की शुरुआत में, स्विस बायोफिजिसिस्ट जैक्स डोबोचेट ने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के वैक्यूम के तहत नम नमूनों का उपयोग करने का एक तरीका निकाला। उन्होंने पाया कि वह जल्दी से कार्बनिक अणुओं के चारों ओर पानी फ्रीज कर सकते हैं, जो वैक्यूम के विकृत पुल के नीचे उनके आकार और संरचनाओं को संरक्षित करते हैं।
साथ में, नोबेल मीडिया के एडम स्मिथ के साथ एक साक्षात्कार में हेंडरसन ने क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के बारे में कहा, "इन तकनीकों ने संरचनात्मक जीव विज्ञान के अनिवार्य रूप से एक प्रकार का नया, पहले से अनुपयुक्त क्षेत्र को खोल दिया है।"
अपनी खोजों के बाद से, वैज्ञानिकों ने इस तकनीक के संकल्प को लगातार परिष्कृत करने का काम किया है, जिससे सबसे छोटे कार्बनिक अणुओं की और भी अधिक विस्तृत छवियों की अनुमति मिलती है, वाशिंगटन पोस्ट के बेन ग्वारिनो की रिपोर्ट। तकनीक का आणविक जीव विज्ञान में व्यापक उपयोग पाया गया है, और यहां तक कि चिकित्सा में भी। उदाहरण के लिए, विनाशकारी जीका वायरस महामारी के मद्देनजर, शोधकर्ता क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के साथ वायरस की संरचना को निर्धारित करने में जल्दी से सक्षम थे, जो टीकों के उत्पादन में काम करने में मदद कर सकते हैं।
"यह खोज अणुओं के लिए Google धरती की तरह है", अमेरिकन केमिकल सोसायटी के अध्यक्ष एलीसन कैंपबेल कहते हैं, एसटीएटी के शेरोन बेगले ने रिपोर्ट किया। इस क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हुए, शोधकर्ता अब पृथ्वी पर जीवन के सबसे सूक्ष्म विवरणों की जांच करने के लिए ज़ूम इन कर सकते हैं।