Nobel-díjak 2009

A legelvontabbnak tűnő kutatások eredménye is hatással lehet a hétköznapokra – ez az egyik tanulsága az idei tudományos Nobel-díjaknak.

FIZIKA: Pontról pontra

A fizikai Nobel-díj odaítéléséről döntő grémium biztosra ment, amikor a gyakorlatban már sokszorosan bizonyított technológiák kiötlőit jutalmazta. A megosztott díj egyik felét – az amerikai Willard S. Boyle-nak és George E. Smithnek – a már tömegtermékké vált digitális fényképezőgépekben, kamerákban is használt képalkotó félvezető áramkör, a fényt elektromos jelekké alakító CCD (charge-coupled device, töltéscsatolt eszköz) feltalálásáért adták. A Bell Laboratoriesnál a digitális memóriaegységek fejlesztésén dolgozó Boyle és Smith szinte napra pontosan 40 éve jöttek rá, hogy bizonyos félvezetők fénnyel is “feltölthetők” elektromosan, és ezek a töltéscsomagok képpé alakíthatók. Bár első kütyüjük csupán nyolc képpontos (pixeles) felbontásra volt képes, a szilícium félvezetők, a tranzisztorok és a processzorok fejlődésének köszönhetően 1974-ben már tízezer pixeles CCD-vel szerelt digitális kamera került piacra. “A digitális képalkotásra is alkalmazható Gordon Moore-nak, az Intel processzorgyártó birodalom alapítójának tulajdonított 1965-ös kijelentés, miszerint a processzorok teljesítménye másfél évente megduplázódik” – mondta a HVG-nek Jakab László, a Műegyetem elektronikai technológia tanszékének docense. Számítása szerint a CCD-k pixelszámának esetében ez a szorzó 1,6-es, tekintetbe véve az amerikai Fermi Laboratórium számára egyetlen félvezető szeleten 2006-ban elkészült 111 megapixeles, az univerzumból “hiányzó” úgynevezett sötét anyag detektálására tervezett rekordméretű érzékelőt is. Az egyre nagyobb felbontást egyébként ma már nem feltétlenül a pixelszámnöveléssel, hanem a számítástechnikában is alkalmazott párhuzamosítással próbálják elérni. A 2007 augusztusában Hawaii szigetén munkába állított 1 milliárd 400 millió (azaz 1,4 giga-) pixeles képfelbontású távcsövet például hétköznapi felbontású 0,36 megapixeles érzékelők tömegének összekötésével hozták létre. “A fantasztikus mélyűri felvételeket készítő Hubble nemrégiben felszerelt új kamerája is csak kétszer 8 megapixeles, vagyis felbontása a profi fotóapparátokhoz hasonlítható. Különleges űrképeinek titka a speciális objektív és a többórás expozíciós idő” – így Jakab docens. Szerinte egyébiránt a CCD-k ma már jobb képminőségre képesek, mint a legtökéletesebb hagyományos fotók. A legjobb fényérzékeny filmekkel elérhető milliméterenként 400 vonalas felbontás ugyanis 2,5 mikronnyi (egy mikron a milliméter ezredrésze) képpontokból álló digitális kép minőségének felel meg – a piacon kapható elit CCD-k viszont már 2,1 mikronnál tartanak. Elvileg (és gyakorlatilag) két mikronnál kisebb képpontok is előállíthatók, a kérdés az, hogy van-e mit kezdeni az így kapott töméntelen képi információval.

A fizikai Nobel másik díjazottja a kínai születésű, Nagy-Britanniában élő Charles Kuan Kao elektromérnök, aki még 1966-ban az angol Standard Telecommunications Laboratories munkatársaként kiszámolta, hogy a különösen tiszta üvegből készülő szálakon sok száz kilométerre is küldhetők információt hordozó fényimpulzusok, az akkori rekordot jelentő 20 méter helyett. Számításait már 1975-ben igazolta az amerikai Bell Laboratories 14 kilométer hosszú hálózata, 1988-ban pedig a Franciaország és az USA között kifeszített víz alatti kábelhálózat összesen 565 megabitnyi (egy mai cd-lemez kapacitásának egytizedét kitevő) információt volt képes továbbítani másodpercenként. Mára elérték a terabites nagyságrendet, ami hozzávetőlegesen egymilliószor nagyobb, mint amire fél évszázada a rádióhullámok képesek voltak.

KÉMIA: Célba vett fehérjegyár

A patikákban kapható közel százötvenféle antibiotikum harmada a baktériumok bizonyos sejtszervecskéi, a riboszómák működését gátolja. Logikusan, mivel a minden élő sejtben megtalálható, összegabalyodott pamutfonalhoz hasonló szerkezetű sejtszervecskék az életfolyamatokat szabályozó fehérjéket gyártják. Az őket támadó szerekkel azonban több évtizedig úgy kezelték egyebek mellett a tüdőgyulladást, a streptococcus-fertőzéseket vagy a szifiliszt, hogy nem tudták, egészen pontosan hogyan is hatnak. A részletes molekuláris mechanizmus megértését ugyanis csak Venkatraman Ramakrishnan és Thomas Steitz amerikai, valamint Ada Yonath izraeli molekuláris biológusok kémiai Nobel-díjjal elismert, az 1970-es évektől az ezredfordulóig elhúzódó kutatása, a riboszóma térszerkezetének atomi szintű leírása tette lehetővé.

Az első antibiotikum, az Alexander Fleming skót orvos által 1928-ban felfedezett penicillin és származékai a baktériumok sejtfalát roncsolják szét, ami ellen a kórokozók hibajavító mechanizmusokkal ideig-óráig védekezni tudnak. Az említett riboszomális antibiotikumok azért hatékonyabbak, mert a fehérjegyárak meghibásodását a sejtek nemigen tudják kijavítani. A gyógyszerfejlesztők mumusa, a baktériumok antibiotikum-rezisztenciája ellen azonban ezek sem jelentenek megoldást. Már csak azért sem, mert a betegek szervezetéből a környezetbe kerülő antibiotikumok egyre több, a gyógyszereknek ellenálló baktériumtörzs kialakulását segítik elő. Ellenük az orvostudomány máig egyetlen hatékony stratégiája: az antibiotikumok rendszeres cserélgetése.

A riboszómák atomi szintű feltérképezése azért is kulcsfontosságú, mert lehetővé teszi a bennük végbemenő legapróbb – ám az antibiotikum kapcsolódását ellehetetlenítő – mutációk regisztrálását. A gyógyszerfejlesztők pedig nemcsak azt mérhetik fel, hogy melyik potenciális gyógymolekula kötődik a legerősebben a riboszómákhoz, hanem – a távolabbi jövőben – kombinált antibiotikumokat fejleszthetnek. Ezek egyszerre több ponton is gátolhatják a bakteriális riboszómák működését, így a remények szerint egy-két mutáció nem fogja semlegesíteni őket – bizakodik Kardos Julianna, az MTA Kémiai Kutatóközpontjának neurokémia-professzora.

Forrás: http://hvg.hu/hvgfriss/2009.42/200942_Nobeldijak_2009_Teljes_haszonulas.aspx