פרס הנובל בכימיה לשנת 2017 מוענק לשלושה חוקרים: יוהכים פרנק (Joachim Frank) מארה"ב, ז'אק דובושה (Jacques Dubochet) משווייץ וריצ'ארד הנדרסון (Richard Henderson) מבריטניה עבור פיתוח שיטות מיקרוסקופיות חדשניות לקביעת מבנה תלת-ממדי של מולקולות בעלות חשיבות ביולוגית כמו חלבונים.

קיימות שיטות שמאפשרות דימות של מבנים כמו חלבונים, כמו למשל קריסטלוגרפיה או תהודה מגנטית גרעינית (NMR) אך יש להן מגבלות רבות: הן דורשות שהמולקולות יהיו מסודרות במבנה אחיד, ויש חלבונים שקשה מאוד או אפילו בלתי אפשרי לגרום להם להסתדר במבנה כזה. כמו כן, כאשר החלבונים מסודרים בגביש הם אינם במצב הטבעי שלהם, והמבנה המפוענח עלול להיות שונה מזה שבו החלבונים נמצאים באופן רגיל בגוף.

סיבות אלה גרמו לחוקרים לזנוח את הקריסטלוגרפיה ולנסות לפתח שיטה אחרת לפענוח המבנה האטומי של מולקולות ביולוגיות.

הקושי היה  לייצר דוגמאות המתאימות לצפייה במיקרוסקופ אלקטרונים. מיקרוסקופ אלקטרונים עובד בריק ולכן מולקולות קטנות כמו מים מתאדות מהחלבון תוך כדי המדידה. בנוסף לכך, קרן האלקטרונים היא בעלת עוצמה גבוהה שהורסת את המבנה המרחבי של החלבון.

ריצ'ארד הנדרסון השתמש בקרן בעלת עוצמה נמוכה יותר, וציפה את החלבון שלו בגלוקוז כדי למנוע אידוי של מולקולות המים ממנו. כך, ב-1990 הצליח הנדרסון לראשונה לקבל תמונה תלת-ממדית של חלבון ברמה האטומית שלו. פריצת דרך זו הוכיחה את הפוטנציאל האדיר של שיטה זו.

החוקר יוהכים פרנק פיתח תוכנת מחשב שמזהה תמונות דו מימדיות דומות וממיינת אותן. כך בכל קבוצה יש מידע המגיע ממספר רב של תמונות בעלות סידור מרחבי זהה, מה שמאפשר להגביר את עצמת האות שיוצר את ולהרכיב מאוסף התמונות הדו מימדיות תמונה תלת מימדית. בשנת 1980 פרסם פרנק מבנה של פני השטח של הריבוזום, בהתבסס על השיטות שפיתח. 

ציפוי החלבון בגלוקוז למניעת אידוי המים פעל בהצלחה על חלבונים הנמצאים בממברנה או בפאזה שומנית אחרת. אולם רוב החלבונים נמצאים בפאזה מימית וכדי לקבל תמונות מימדיות מהם, היה צורך למצוא שיטות נוספות למניעת אידוי המים. בתחילת שנות השמונים הצליח ז'אק דובושה לשמר את המים בתוך החלבון. הוא קירר את המים במהירות כה גבוהה כך שהם הפכו למוצק במצב זגוגיתי בדוגמת החלבון, וע"י כך נשמרה צורתם המרחבית גם בוואקום של מיקרוסקופ האלקטרונים.  

מקורות וקריאה נוספת:

1. הודעה על הזוכים בפרס מטעם הועדה לפרסי נובל   - אתר פרס נובל באנגלית 
2. פרס נובל בכימיה 2017 על פיתוח שיטה לקביעת מבנה של חלבונים - אתר מכון דוידסון. 
3. פרס נובל לכימיה לשנת 2017 - מדע גדול בקטנה
4. זוכי פרס נובל לכימיה לשנת 2017: מפתחי שיטה להדמיית מולקולות ביולוגיות במיקרוסקופ אלקטרונים   - אתר הידען
5. Amorphous Ice and Glassy Water  - מידע באנגלית על מים במצב זגוגיתי.