Presentationstal av professor Måns Ehrenberg, ledamot av Kungliga Vetenskapsakademien, ledamot av Nobelkommittén för kemi, 10 december 2014.

Professor Måns Ehrenberg presenterar Nobelpriset i kemi 2014 i Stockholms Konserthus.

Eders Majestäter, Eders Kungliga Högheter, Mina Damer o Herrar,

Årets Nobelpris i kemi belönar den utveckling av superupplöst ljusmikroskopi som givit skärpa åt våra bilder av livets molekylära strukturer och synliggjort den dynamik som är livets signum. Denna utveckling sprängde en fysikalisk gräns, som Ernst Abbe beskrev år 1873. Enligt Abbes lag går det inte att med ljusmikroskopi detaljstudera objekt som är mindre än halva ljusets våglängd. Järnhård var Abbes lag och dess föreskrifter stränga, men nornorna ville annorlunda, och ödet banade väg inte bara för ett utan två olika sätt att besegra den magiska gränsen.

Stefan W. Hell var som ung man övertygad om att han skulle kunna besegra Abbes irriterande gräns, men hur visste han inte. Han sökte post-doktor-tjänster för att förverkliga sin vision, men fick kalla handen överallt, utom i Åbo i Finland där han fick andrum och tid för att tänka. År 1994 publicerar han sin teori för hur man bryter Abbes gräns. Två laserstrålar belyser den undersökta strukturen i ett fluorescensmikroskop. Den ena av dem exciterar fluorescenta molekyler i en volym bestämd av Abbes gräns. Den andra släcker fluorescensen överallt, utom i en volym som kan göras godtyckligt liten. När de två strålarna samtidigt sveper genom en molekylär struktur skapas en bild med en skärpa långt bortom Abbes gräns. År 2000 visade Hell experimentellt att hans högupplösta fluorescensmikroskopi fungerar. Han kallade sin metod “STimulated Emission Depletion Spectroscopy”, STED. Detta var den första metoden som sprängde Abbes gräns, och nu till den andra.

År 1989 studerade William E. Moerner ljusabsorptionen av fluorescenta molekyler i en kristallmatris vid minus 269 grader. Han förstod då att han som den förste i världen faktiskt observerade enstaka, fluorescerande elektroniska dipoler: enmolekylspektroskopin var född!

Så ett snabbt steg framåt till 1995. Eric Betzig var irriterad på universitetsvärlden. Han ville göra något annat, men tänkte ändå ständigt på hur Abbes förgrömmade gräns skulle kunna sprängas med enmolekyldetektion och fluorescensmikroskopi. Det var känt att om de fluorescerande grupper som markerar en struktur sitter längre från varandra än Abbes gräns, då kan deras positioner bestämmas med hur hög precision som helst. Men i så fall sitter fluorescenmarkörena så glest att det finns stora informationshål i strukturen. För att lyckas måste Betzig navigera mellan den Abbeska gränsens Skylla och informationshålens Karybdis. Han var frustrerad. Han beskrev teorin för dilemmat år 1995, men en väg till praktiskt förverklingande saknades. Betzig lämnade universitetsvärlden och gick i exil, men förutsättningarna för realisering av hans projekt skulle snart förändras genom att Moerner karakteriserade en märklig variant av det grönt fluorescerande proteinet, GFP.

Moerner upptäckte år 1997 att en ny typ av GFP-molekyler kunde aktiveras från ett icke-fluorescerande till ett fluorescerande tillstånd med ljus av en helt annan våglängd än det exciterande ljuset. GFP-molekylerna fungerade som molekylära lampor, vilka kunde tändas och släckas med en optisk strömbrytare.

När Betzig tills sist kom tillbaka från exilen kunde han dra nytta av att det nu fanns fotoaktiverbara varianter av GFP. Hans metod gick ut på att man märker sin biologiska struktur till hög täthet med optiskt aktiverbart GFP. Därpå aktiverar man en så liten andel av dessa GFP molekyler att de alla sitter längre från varandra än Abbes gräns. Då kan deras lägen bestämmas med hög precision. Sedan aktiverar man en ny, liten, andel av GFP molekyler och bestämmer också dessas positioner med hög precision. Detta upprepar man tills man har tusen bilder av GFP i välbestämda lägen. När man sedan lägger ihop alla bilder får man en enda superupplöst, informationsrik bild. Betzig publicerade sin metod år 2006, och kallade den Photoactivated Localization Microscopy (PALM).

Dr Betzig, Professors Hell and Moerner:
You are being awarded the Nobel Prize in Chemistry for the development of super-resolved fluorescence microscopy. On behalf of the Royal Swedish Academy of Sciences, I wish to convey to you our warmest congratulations and I now ask you to step forward to receive your Nobel Prizes from the hands of His Majesty the King.