Nobel ai tre che hanno scoperto come vedere l'infinitamente piccolo

Questa mattina, con qualche minuto di ritardo sul previsto, l’Accademia svedese delle Scienze ha assegnato il premio Nobel per la chimica 2014 a Eric Betzig (Howard Hughes Medical Institute, Ashburn, Virginia); Stefan W. Hell (Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen e  Cancer Research Center, Heidelberg) e William E. Moerner (Stanford University, Stanford, CA) «per lo sviluppo della microscopia in fluorescenza in super risoluzione».

Cosa hanno scoperto. Hanno scoperto - ciascuno per proprio conto - metodi per rendere visibile ciò che nel 1873 qualcuno (lo scienziato tedesco Ernst Abbe) aveva dichiarato che non si sarebbe mai potuto vedere perché troppo piccolo.

Piccolo quanto. Più piccolo di 0,2 micrometri (milionesimi di metro, o millesimi di millimetro), pari a circa la metà della lunghezza d'onda della luce visibile. Abbe sosteneva che la luce respinta (diffratta) da un oggetto così piccolo, avrebbe reso impossibile vedere il corpuscolo colpito. Si sbagliava. I tre Nobel di oggi hanno messo a punto tecniche che permettono di osservare oggetti dell’ordine di nanometri. Un nanometro è mille volte più piccolo di un micrometro: un miliardesimo di metro o, se si vuole, un milionesimo di millimetro.

Perché è importante la scoperta. Perché i microscopi così attrezzati sono ottici e quindi non richiedono che il materiale organico sia sottoposto a quelle preparazioni che spesso finiscono per deteriorarlo o - nel caso delle cellule - per ucciderlo (come succede soprattutto con la microscopia elettronica). Le scoperte di Hetzig, Hell e Moerner permettono dunque di osservare le cellule che si sviluppano, le connessioni neurali che si attivano. Permettono di tracciare le proteine coinvolte nello sviluppo del Parkinson, della malattia di Alzheimer e della corea di Huntington. Ma anche lo sviluppo delle uova fecondate nel processo che le porta a diventare embrioni. Guardare non disturba i processi osservati.

Come hanno fatto. I metodi sono diversi, ma tutti hanno a che fare con la fluorescenza. Il primo, quello di Hell, si chiama microscopia STED (stimulated emission depletion) e consiste in una specie di scrivi e cancella perché utilizza due raggi laser in successione: uno - lo stimolatore - fa brillare le molecole fluorescenti disposte sul campione, l'altro cancella tutta la fluorescenza emessa in una lunghezza d'onda non compatibile con quella su scala nanometrica. In altri termini “spegne” la luce che - secondo Abbe - avrebbe “accecato” l’osservatore e altre lunghezze d’onda parimenti disturbanti. Questa tecnica risale al 2002.

L'altra tecnica, chiamata Single Molecule Microscopy (microscopia a singola molecola. Se volete guardare qualche slide, cliccate qui e scorrete qualche pagina), è stata sviluppata separatamente da Moerner e Betzig. Il primo, alla fine degli anni Novanta, scoprì il modo di accendere e spegnere a comando una variante di una proteina fluorescente chiamata GFP, scoperta da poco. Disperdendo una gran quantità di queste proteine in un gel in modo che la loro distanza reciproca fosse maggiore della risoluzione del microscopio ottico, Moerner dimostrò per la prima volta la possibilità di osservare i deboli lampi emessi da singole molecole. Betzig mise a punto la sua tecnica dieci anni dopo, quando si resero disponibili molecole adatte: queste non emettevano in realtà colori diversi ma in tempi diversi. Il principio rimaneva valido ugualmente. [fonte: Le Scienze]

Operando col metodo SMM non c’è dunque bisogno di cancellare niente. Il campione viene osservato più volte, facendo brillare ogni volta un numero limitato di molecole. A questo punto le immagini vengono sovrapposte (come si fa coi Livelli di Photoshop) in un'unica immagine ad altissima risoluzione su scala nanometrica. Betzig ha utilizzato questo metodo per la prima volta nel 2006.

C’è un po’ di Italia, in queste scoperte. Un’Italia molto remota, ma comunque c’è. Perché fu nella Pia Casa degli Incurabili di Abbiategrasso che un medico italiano, Camillo Golgi, allestì un laboratorio di istologia nel quale mise a punto (1873) la rivoluzionaria tecnica chiamata “reazione nera” (o metodo Golgi) che permette di colorare selettivamente le cellule nervose cerebrali e la loro struttura organizzata. I suoi studi, apprezzati solo molti anni più tardi, gli valsero il primo Nobel assegnato a un Italiano e sono considerati l’origine della microscopia cerebrale. Qualcuno sarà lieto di sapere che Golgi nacque il 7 luglio 1843 a Corteno, in alta Val Camonica (allora Provincia di Bergamo (Lombardo-Veneto), o Dipartimento del Serio in seguito alle riforme napoleoniche, nel Regno Lombardo-Veneto).