ریچارد هندرسون

ریچارد هندرسون
متولد	۱۹ ژوئیهٔ ۱۹۴۵
محل زندگی	کمبریج، بریتانیا
ملیت	بریتانیایی
جوایز	جایزهٔ نوبل شیمی ۲۰۱۷؛ عضویت در انجمن سلطنتی
والدین	جان هندرسون و گریس گلدی

ریچارد هندرسون (Richard Henderson؛ زادهٔ ۱۹ ژوئیهٔ ۱۹۴۵) زیست‌شناس مولکولی و زیست‌فیزیک‌دان بریتانیایی است. او از پیشگامان تصویربرداری ساختاری از مولکول‌های زیستی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و یکی از چهره‌های اصلی در توسعهٔ میکروسکوپی الکترونی برودتی به‌شمار می‌رود. هندرسون در سال ۲۰۱۷، به‌طور مشترک با ژاک دوبوشه و یواخیم فرانک، جایزهٔ نوبل شیمی را دریافت کرد. انگیزهٔ رسمی جایزه «برای توسعهٔ میکروسکوپی الکترونی برودتی جهت تعیین ساختار مولکول‌های زیستی در محلول با وضوح بالا» اعلام شد.

اهمیت کار هندرسون در آن است که نشان داد می‌توان از میکروسکوپ الکترونی برای تهیهٔ تصویر سه‌بعدی دقیق از یک پروتئین استفاده کرد، درحالی‌که پیش‌تر پرتوهای الکترونی برای نمونه‌های زیستی بسیار آسیب‌زا تلقی می‌شدند. او با استفاده از پرتوهای ضعیف‌تر، روش‌های ریاضی و تحلیل مجموعه‌ای از تصاویر، توانست ساختار پروتئین غشایی باکتریورودوپسین را بررسی کند. این دستاورد مسیر را برای تصویربرداری با وضوح بالا از پروتئین‌ها و مجموعه‌های مولکولی پیچیده هموار کرد.

زندگی و تحصیلات

ریچارد هندرسون در ادینبرو، اسکاتلند، به دنیا آمد. خانوادهٔ او پس از تولدش مدتی در انگلستان زندگی کردند و سپس به اسکاتلند بازگشتند. پدرش نانوا بود و در نانوایی‌های محلی کار می‌کرد. هندرسون دوران مدرسه را در شهرهای کوچک مرزی اسکاتلند گذراند و از سال‌های کودکی به ریاضیات و علوم علاقه نشان داد.

او در دانشگاه ادینبرو فیزیک خواند و در سال ۱۹۶۶ فارغ‌التحصیل شد. علاقهٔ او به زیست‌فیزیک در سال‌های دانشجویی شکل گرفت. یکی از استادان فیزیک مدرسه، با معرفی پژوهش‌های زیست‌فیزیکی دربارهٔ جریان یون‌ها در سلول‌ها، به او نشان داد که ابزارهای فیزیک می‌توانند برای مطالعهٔ فرایندهای زیستی به کار روند.

هندرسون برای ادامهٔ تحصیل به دانشگاه کمبریج رفت و دکترای خود را در سال ۱۹۶۹ از آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی شورای پژوهش پزشکی دریافت کرد. او پس از دوره‌ای پژوهشی در دانشگاه ییل در ایالات متحده، در سال ۱۹۷۳ به آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی در کمبریج بازگشت و بخش عمدهٔ فعالیت علمی خود را در همان‌جا ادامه داد.

از بلورنگاری پرتو ایکس تا میکروسکوپی الکترونی

هندرسون فعالیت علمی خود را با استفاده از بلورنگاری پرتو ایکس برای مطالعهٔ ساختار و سازوکار آنزیم‌ها آغاز کرد. در آن زمان، بلورنگاری پرتو ایکس یکی از مهم‌ترین روش‌های تعیین ساختار مولکول‌های زیستی بود. در این روش، مولکول باید به شکل بلور منظم درآید و الگوی پراش پرتو ایکس از بلور برای بازسازی ساختار آن تحلیل شود.

اما بسیاری از پروتئین‌ها، به‌ویژه پروتئین‌های غشایی، به‌سادگی بلور تشکیل نمی‌دهند. این پروتئین‌ها در غشای سلول قرار دارند و برای حفظ شکل و عملکرد خود به محیط چربی یا غشایی نیازمندند. همین دشواری هندرسون را به سوی استفاده از میکروسکوپ الکترونی و بلورهای دوبعدی سوق داد.

در اواسط دههٔ ۱۹۷۰، هندرسون با نایجل آنوین همکاری کرد تا ساختار پروتئین غشایی باکتریورودوپسین را مطالعه کند. باکتریورودوپسین یک پمپ پروتونی وابسته به نور است که در غشای برخی میکروارگانیسم‌ها یافت می‌شود. این پروتئین با جذب نور، یون‌های هیدروژن را از غشا عبور می‌دهد و در ایجاد اختلاف غلظت یونی نقش دارد.

هندرسون و آنوین در سال ۱۹۷۵ توانستند نخستین ساختار یک پروتئین غشایی را با استفاده از بلورنگاری الکترونی دوبعدی بررسی کنند. این کار نشان داد که می‌توان پروتئین‌های غشایی را در آرایش‌های منظم دوبعدی قرار داد و از الگوهای حاصل، اطلاعات ساختاری استخراج کرد.

نخستین تصویر سه‌بعدی با وضوح اتمی

میکروسکوپ الکترونی برای دیدن ساختارهای بسیار کوچک مناسب است، اما پرتوهای الکترونی می‌توانند نمونهٔ زیستی را تخریب کنند. هندرسون دریافت که می‌توان با استفاده از پرتوهای کم‌شدت و ثبت تعداد زیادی تصویر، اطلاعات کافی برای بازسازی ساختار مولکول به دست آورد. تحلیل ریاضی به پژوهشگر اجازه می‌دهد سیگنال واقعی را از نویز و آسیب‌های ناشی از تصویربرداری جدا کند.

در سال ۱۹۹۰، هندرسون توانست تصویر سه‌بعدی دقیقی از یک پروتئین تهیه کند. این کار نخستین نمایش ساختاری پروتئین با میکروسکوپ الکترونی در وضوح اتمی بود و نشان داد که میکروسکوپ الکترونی می‌تواند از محدودیت‌های پیشین عبور کند. پروتئین مورد مطالعه همان باکتریورودوپسین بود و مدل حاصل جزئیاتی دربارهٔ آرایش مارپیچ‌های آن در غشا نشان می‌داد.

این دستاورد از دو جهت اهمیت داشت. نخست، نشان داد که می‌توان بدون تکیهٔ کامل بر بلورنگاری پرتو ایکس، ساختار پروتئین‌ها را بررسی کرد. دوم، ثابت کرد که اگر روش‌های تجربی با تحلیل ریاضی و رایانه‌ای همراه شوند، حتی تصاویر حاصل از پرتوهای ضعیف نیز می‌توانند اطلاعات ساختاری ارزشمندی فراهم کنند.

توسعهٔ میکروسکوپی الکترونی برودتی

هندرسون در دهه‌های بعد بر توسعهٔ میکروسکوپی الکترونی برودتی، یا cryo-EM، تمرکز کرد. در این روش، نمونهٔ زیستی در لایه‌ای نازک از محلول آبی قرار می‌گیرد و به‌سرعت منجمد می‌شود. روش شیشه‌ای‌سازی آب که ژاک دوبوشه و همکارانش توسعه دادند، مانع تشکیل بلورهای معمولی یخ می‌شود و مولکول‌ها را در وضعیت نزدیک به حالت طبیعی نگه می‌دارد.

هندرسون نشان داد که این نمونه‌های منجمدشده را می‌توان با پرتوهای الکترونی تصویربرداری کرد و از داده‌های حاصل، ساختارهای سه‌بعدی ساخت. او همچنین بر بهبود میکروسکوپ‌ها، آشکارسازها و نرم‌افزارهای محاسباتی کار کرد. این پیشرفت‌ها امکان مشاهدهٔ مجموعه‌هایی را فراهم کردند که بزرگ، انعطاف‌پذیر یا از نظر ساختاری ناهمگن بودند و با روش‌های سنتی به‌سختی مطالعه می‌شدند.

در روش cryo-EM تک‌ذره‌ای، به جای تشکیل بلور، از تعداد زیادی نسخهٔ جداگانهٔ یک مولکول تصویر گرفته می‌شود. هر مولکول ممکن است در جهت متفاوتی قرار داشته باشد. تصاویر با استفاده از روش‌های محاسباتی دسته‌بندی و با هم ترکیب می‌شوند تا نقشهٔ سه‌بعدی نهایی به دست آید. در این بخش، کار هندرسون با روش‌های بازسازی تصویری یواخیم فرانک پیوند پیدا کرد و با روش شیشه‌ای‌سازی دوبوشه تکمیل شد.

جایزهٔ نوبل شیمی ۲۰۱۷

ژاک دوبوشه - ریچارد هندرسون - یواخیم فرانک

آکادمی سلطنتی علوم سوئد در ۴ اکتبر ۲۰۱۷ اعلام کرد که جایزهٔ نوبل شیمی به ژاک دوبوشه، یواخیم فرانک و ریچارد هندرسون تعلق می‌گیرد. جایزه به‌طور مساوی میان سه دانشمند تقسیم شد و انگیزهٔ رسمی آن «برای توسعهٔ میکروسکوپی الکترونی برودتی جهت تعیین ساختار مولکول‌های زیستی در محلول با وضوح بالا» بود.

کمیتهٔ نوبل این روش را عاملی برای ورود زیست‌شیمی به دوره‌ای تازه دانست. با cryo-EM، پژوهشگران می‌توانند پروتئین‌ها، ویروس‌ها و مجموعه‌های مولکولی را در حالت‌های گوناگون بررسی کنند. آن‌ها همچنین می‌توانند تغییر شکل مولکول‌ها را هنگام انجام وظیفه دنبال کنند.

هندرسون هنگام اعلام جایزه گفت که این افتخار برای همهٔ پژوهشگران حوزهٔ cryo-EM اهمیت دارد. او به‌طور ویژه از نقش دوبوشه در آغازکردن این حوزه با روش انجماد سریع و تولید یخ آمورف یاد کرد. آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی اعلام کرد که کار هندرسون در طول چند دهه به توسعهٔ آشکارسازهای بهتر، نرم‌افزارهای دقیق‌تر و تعیین ساختارهای مولکولی دشوار کمک کرده است.

کاربردهای علمی و پزشکی

امروزه cryo-EM برای بررسی پروتئین‌های غشایی، کانال‌های یونی، ریبوزوم‌ها، ویروس‌ها و مجموعه‌های بزرگ مولکولی به کار می‌رود. شناخت ساختار یک پروتئین به پژوهشگران کمک می‌کند رابطهٔ میان شکل و عملکرد آن را بفهمند. همچنین، مشاهدهٔ محل اتصال داروها به پروتئین‌های هدف می‌تواند به طراحی درمان‌های جدید کمک کند.

این روش برای بررسی پروتئین‌هایی که با مقاومت آنتی‌بیوتیکی، عفونت ویروسی یا بیماری‌های سلولی ارتباط دارند نیز کاربرد دارد. ساختار سه‌بعدی دقیق می‌تواند نشان دهد یک دارو چگونه وارد جایگاه فعال پروتئین می‌شود یا چگونه یک ویروس به گیرندهٔ سلولی متصل می‌شود. از این رو، دستاوردهای هندرسون تنها به تصویربرداری محدود نمی‌شود و بر زیست‌شناسی پزشکی و داروسازی ساختاری نیز اثر گذاشته است.

هندرسون در آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی همچنان از پیشرفت cryo-EM حمایت کرده است. صفحهٔ رسمی این آزمایشگاه، حوزهٔ علاقهٔ کنونی او را نزدیک‌کردن عملکرد واقعی cryo-EM به حد نظری آن و حل ساختارهای زیستی‌ای معرفی می‌کند که تاکنون در برابر روش‌های تجربی مقاومت کرده‌اند.

مدیریت علمی و افتخارات

هندرسون از سال ۱۹۹۶ تا ۲۰۰۶ مدیر آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی بود. او عضو انجمن سلطنتی و آکادمی علوم پزشکی بریتانیا است و جوایز متعددی برای پژوهش‌هایش در بلورنگاری الکترونی و زیست‌شناسی ساختاری دریافت کرده است. فعالیت او نمونه‌ای از پیوند فیزیک، زیست‌شناسی، ریاضیات و مهندسی ابزارهای علمی است.

حمایت از مقاومت ایران

شورای ملی مقاومت ایران در ۲۲ مارس ۲۰۲۳ گزارش کرد که ریچارد هندرسون یکی از امضاکنندگان نامهٔ مشترک برندگان نوبل در حمایت از خیزش سراسری ایران بوده است. نام او در فهرست امضاکنندگان با عنوان برندهٔ نوبل شیمی ۲۰۱۷، از بریتانیا، آمده است. بنا بر گزارش مذکور، امضاکنندگان خواستار حمایت بین‌المللی از مردم ایران و مقابله با سرکوب شده و از طرح ده‌ماده‌ای مریم رجوی برای آیندهٔ ایران پشتیبانی کرده‌اند.

همچنین، شورای ملی مقاومت در ۲۹ اوت ۲۰۲۲ گزارش کرد که هندرسون در میان امضاکنندگان بیانیهٔ ۵۶ برندهٔ نوبل در حمایت از اجلاس ایران آزاد و نقشهٔ راه این شورا برای ایرانی آزاد، دموکراتیک و غیراتمی بوده است. این گزارش، حمایت امضاکنندگان از آزادی، انتخابات آزاد، برابری جنسیتی و جدایی دین از دولت را مطرح می‌کند.