Mikroskop 21. stoletja: molekule živih celic v realnem času • Elena Naimark • Novice o "Elementih" • Tehnologije, molekularna biologija, biotehnologije

Mikroskop 21. stoletja: molekule živih celic

Sl. 1. Na levi strani: 3D-model mikroskopa. Vse njene komponente (razen laserjev) so nameščene na predstavitveni plošči 46 × 61 cm, navpično obrnjene ob optičnem stojalu z mizo z okularji. Desno: slika samega mikroskopa. Slike iz dodatnih gradiv na članek v razpravi

Ekipa Eric Betzig je ustvarila nov mikroskop, ki lahko v realnem času posname živi mikroskopski žive predmete. O svojih zmožnostih so opisane na straneh revije. Znanost. V suhem povzetku je navedeno, da nov mikroskop (slika 1) omogoča: registracijo premikov ene biomolekule, glej procese, ki se pojavljajo znotraj celice, sledi vedenju posameznih celic v okoliški matriki in interakcijo celic med seboj v večceličnih sistemih. V resnici se pri ogledu okularja novega mikroskopa odpre nov razburljiv svet.

Revija Znanost Ta teden je svoje bralce povabil v kino: v članku Lattice svetlobno-mikroskopija: Prikazanih je več kot 20 video posnetkov. In to niso preprosti video posnetki – mikro ali celo nanoworld, posnet v realnem času.Delo je nastalo zaradi dela velike skupine avtorjev, med njimi nedavnega dobitnika Nobelove nagrade za kemijo, Eric Betziga.

Okvirji iz videoposnetka, ki prikazuje T-celico (rjava barva), ki se pridruži ciljni celici (modra barva). V videoposnetku je mogoče to interakcijo podrobno pregledati. Fotografije iz članka v razpravi Znanost

Res je vredno videti: to je svet gibljivih molekul v živi celici. Tukaj je celična kultura HeLa, na njeni površini pa so narisane tanke filopodijske niti, trepetate in potiskajte (glejte Filopodia). Seveda so odlične super-kakovostne slike teh celic s filopodijo bogate, zdaj pa si lahko ogledate te slike "živ". To je približno kot dirkalni vlak na širokem zaslonu v primerjavi s svojo fotografijo.

Nekdo, morda, bo navdušil nad valjem z razvojem zgodnjega zarodka Drosophila med zaprtjem hrbtenice. Zdi se, da je to tudi znana zgodba, preučena daleč in širša (A. Jacinto et al., 2002. Dinamična analiza dorsalnega zaprtja v Drosophila) – vendar ne: pred našimi očmi so celice z barvanimi kaderini, ki označujejo nastajajoče celične stike, v naslednjem videu pa isto,vendar je prikazano gibanje celic z obarvanimi aktinskimi filamenti: tukaj se lezijo drug proti drugemu, celice spremenijo obliko, se zgostijo na enem mestu, trepetajo, vzamejo pravi položaj … In to ni rekonstrukcija, to se dogaja s celičnimi proteini – aktin cadgerin – v resnici med embrioogenezo. Druge beljakovine in regulatorje lahko označite z luminozno oznako – in ponovno v realnem času videli sliko njihovega izražanja in delovanja v celici, naj bo to posebna faza embriogeneze ali katerega koli drugega biološkega procesa. Pomembno je, da predmeti, ki jih preučujemo, še naprej živijo v predmetni tabeli.

Kje molekule beljakovin mikrotubule gredo med zaporednimi fazami celičnega ločevanja? – prosimo, da si ogledate še en video. Tukaj se gibljejo kromosomi, mikrotubule rastejo, mitohondrije sodelujejo z endoplazmatskim retikulumom. Slednje je še posebej zanimivo: vidimo, kako se endoplazmatični retikulum preoblikuje v poseben "cisterni" (glej L. Lu, MS Ladinsky, T. Kirchausen, 2009.), in se lahko spremljajo specifična gibanja tiste in druge. Nobenih grafov in nobenih fotografij ne prinaša živahne dinamike delitve celic (slika 2).

Sl. 2 Okvirji iz videoposnetka, ki prikazuje razdelek celic: na levi strani – medfazno, na desni – anafazo. Kromosomi (histoni) so obarvani rjava označeno v drugih barvah naraščajoči konci mikrotubularov so označeni, barva odraža hitrost njihove rasti. On kartiranje Prikazana je porazdelitev ustreznih hitrosti. Slika iz članka v razpravi Znanost

Sl. 3 Predhodna celica nevtrofilca v kolagenski matriki. Slika iz članka v razpravi Znanost

Nekateri predstavljeni videoposnetki niso samo poučni, temveč tudi precej smešni: radovedni gibi infuzorije so jasno vidni. Tetrahimena termofila ali vidite, kako proneutrofilna celica (HL-60) naredi svojo navijanje, dobesedno prehaja skozi kolagenska vlakna (slika 3). V prvem primeru je mogoče natančno oceniti število utripov flagella, kar je pomembno za primerjavo stopenj biokemičnih in fenetičnih manifestacij. Drugi primer je še toliko pomembnejši: gre za model nevtrofila, ki je usmerjen skozi tridimenzionalno tkanino, ojačano s kolagenom, do okuženega območja.

Te videoposnetke ni mogoče opisati z besedami. Na kratko lahko navedemo le nekaj novih opazovanj, odkritij, ki jih lahko naredi nova oprema.Toda to bo bolj podobno oglasu novega mikroskopa, ki že obstaja v precej kulturni in lepi obliki (čeprav v angleščini). To besedilo vsebuje besede E. Beetziga, ki upravičujejo hitro komercializacijo nove tehnologije:

Za prilagoditev delujočega visokotehnološkega prototipa sodobnim zmožnostim slike si je močno prizadeval. Komercializacija je nenazadnje potreben zadnji korak, katerega namen je prepričati znanstveno skupnost, da nov izdelek odpira obsežne raziskovalne možnosti.

(Potreben je visokotehnološki prototip, ki je širši sprejem tehnologije slikanja. Končno lahko to pomembno vpliva na raziskovalno skupnost.)

Pravzaprav je jasno, da je novi mikroskop resnično zelo obetaven, vendar naj se oglašuje Carl Zeiss, ki ima zdaj lastne pravice do te tehnike. Razumljivo je le poudariti, kako se ta mikroskop razlikuje od vseh drugih.

Sl. 4 Ločitev svetlobne ravnine v posamezne žarke in skeniranje predmeta. Rays (modro zelena), ki leži v isti ravnini, skozi predmet (siva), območje vzbujanja (rjave pike) ustvarja fluorescenten odziv, ki se pošlje v okular. Slika iz obravnavanega članka v Znanost

Pri mikroskopiranju živih predmetov obstajata dve glavni problemi. Najprej, da bi dobili slike visoke ločljivosti, morate osvetliti predmet; vendar večja intenzivnost osvetlitve, hitreje se umre objekt. Drugič, da bi pridobili slike predmeta, ki spreminja svoj položaj v prostoru, so potrebni izračuni, ki potrebujejo čas; To pomeni, da hitreje se premika objekt, manj verjetno je, da dobi svojo sliko v dobri ločljivosti. Ti problemi so medsebojno povezani, saj dobra rešitev zahteva več osvetlitve in zato pomeni krajšo življenjsko dobo predmeta pod mikroskopom. Oba problema sta se izognili z uporabo svetlobne ravnine, ki so jo ustvarili Besselovi žarki za osvetlitev (slika 4).

Osvetlitev svetlobe se uporablja v fluorescenčnih mikroskopih, vendar so tukaj Besselove žarke predlagane za mikroskopiranje le v letu 2011 iste ekipe Eric Betziga (glej TA Planchon in sod., 2011. Hitro tridimenzionalno izotropno preslikovanje ploskovno osvetljevanje). Od takrat je bila ta oprema izboljšana s posebnim načinom deljenja svetlobne ravnine z optično rešetko v ločene vzporedne žarke.Vsaka žarka ima manjšo intenziteto in s tem povzroči manjši škodljiv učinek na celico. Prav tako je izumil sistem, ki vam omogoča hitro izdelavo slike predmeta. Vključujejo se odnosi med valovnimi dolžinami, ki jih povzroča hitrost vibracij žarkov in glajenje rezultatov. (Za natančnejše informacije o tej tehnologiji je bolje, da se v članku sklicujete na dodatna gradiva.)

Upajmo, da bodo nekateri bralci Elementa lahko preučili ta čudovit mikroskop. To je lažje kot leteti na Mars, in vtisi so lahko primerljivi.

Vir: Bi-Chang Chen et al. Mikroskopska lahka lista: molekule za preslikovanje za zarodke pri visoki razdalji spatiotemporala // Znanost. 2014. V. 346. str. 439. DOI: 10.1126 / science.1257998.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: