Képzeld el, hogy egy várost egy buszból nézel meg
Oké, itt van valami, ami teljesen lenyűgöző lesz, ha szereted a tudományos dolgokat.
Tizeden évtizeden át a tudósok nagy erejű mikroszkópokat használtak, hogy közelről nézzék meg a sejteket – azokat a apró biológiai gépeket, amelyek minden élő thinget felépítenek. De itt van a probléma: ahhoz, hogy bármit tisztán lássanak, a kutatóknak fluorescens bojtokkal kellett megfesteniük a sejteket. Ez olyan, mintha napszemüveget vennél fel, hogy jobban láss. Kivétel, hogy a napszemüveg megváltoztathatja a sejten végrehajtott folyamatokat, és csak néhány dolgot enged meg egyszerre látni.
Most a Stanford Egyetem kutatói építettek valami újat. Egy mikroskópot, amely élő sejteket figyel meg, miközben végezzék a dolgukat, anélkül, hogy egyáltalán szükség lenne a fluorescens jelzőidékre. És őszintén? Ez sokkal nagyobb dolognak tűnik, mint amennyit jelenleg kap.
Mit tud ez az új mikroszkóp?
A rendszert az Interferometrikus Képelskanáló Mikroszkópiának (Interferometric Image Scanning Microscopy) nevezik, ami elég hosszú név, úgyhogy nevezzük egyszerűen iISM-nek. Mi teszi különlegessé?
Meg tud figyelni több struktúrát egy élő sejten belül, amint azok egyszerre mozognak, változnak és kölcsönöznek egymással – körülbelül 120 nanométeres felbontással. Kontextusként: a nanométer egy milliárdos részlete a méternek. Hihetetlenül kicsiről beszélünk.
De a valódi varázs nem csak a felbontás. Hanem az, hogy a tudósok hosszú ideig figyelhetik meg ezeket a sejtfunkciókat anélkül, hogy a túl sok fény „megsütné” a sejtet, vagy véletlenül megváltoztatná annak működését. A kevesebb fényexpozíció kevesebb fotonkárosodást jelent. A kevesebb fotonkárosodás pedig boldogabb, természetesebb sejteket. A természetesebb sejtek pedig jobb tudományt.
Miért fejfájás volt a fluorescens jelzőidék?
Hadd magyarázzam el, miért számít ez ennyire, mert szerintem a technikai részletek elfedhetik, mennyire volt frusztráló a régi megközelítés a kutatóknak.
A hagyományos fluorescens mikroszkópia úgy működik, hogy fényes molekulákat kötnek a sejten belüli specifikus struktúrákhoz. Ezek a molekulák fényを bocsátanak ki, amikor aktiválódnak, így láthatóvá teszik a célstruktúrákat. Nagyon jól hangzik, ugye?
Azonban:
- Csak néhány struktúrát tudunk egyszerre megjelölni
- A jelzőidék elhalványulhatnak a fotobleaching (fényelhalványulás) nevű jelenség miatt
- A jelzőidék hozzáadása valójában megváltoztathatja a struktúrák működését (hupsz)
- És csak a megjelölt dolgokat látjuk, így lemaradunk a szélesebb sejtfunkciókon belüli kontextusról
A Stanford csapata elkerüli mindazt. Gondold el, mint egy zseblámpáról, amely csak bizonyos tárgyakat világít meg, egy általános fényre, amely egy szobában mindent megvilágít. Nem a fluorescens műveletét váltod ki – hanem kiegészíted azt valami olyanval, amire korábban nem volt lehetősége.
Hogyan működik ez valójában? (Mérnöki végzettség nélkül)
Itt jön a zseniális rész. A mikroszkóp egy olyan jelenséget használ, amellyel naponta találkozsz: a fényelterjedést (light scattering).
Tudod, miért kék az ég? Ahogy a napfény átsugárzik a Föld légkörén, a apró molekulák a rövidebb kék hullámhosszokat erősebben szórják szét, mint a hosszabb piros hullámhosszokat. Ezért kék a horizont, míg a napnyugta vöröses – a napból érkező fény körkörösen sz散ródik körülötted.
Az interferometrikus szórásos mikroszkópia ugyanazt csinálja egy mikroszkópikus létsząlton. Egy lézerfény beleragyog a sejten, és a sejten belüli apró struktúrák részben elszórják ezt a fényt. A szétoszlott szignál rendkívül gyenge, ezért egy második lézerfénnyel erősítik azt – ez az „interferometrikus” rész.
Az eredmény? Tiszta képek a sejtfunkciókról, miközben a dolgukat végezhetik anélkül, hogy bármit befsenéltek volna vagy bármilyen jelzőidéket adtak hozzá.
Mit jelent ez a tudóság számára?
A kutatók szerint – köztük W.E. Moerner, aki a 2014-es kémiai Nobel-díjat nyerte a szuperfelbontású fluorescens mikroszkópia miatt – ez segíthet nekünk:
- Megvizetni, hogyan reagálnak a ráksejtek a potenciális gyógyszerekre
- Megfigyelni, hogyan lépnek interakcióba a betegséget okozó organizmusok a sejtekkel
- Megfigyelni, amikor a növénysejtek mikroorganizmusokkal kommunikálnak
- Jobban megérteni azokat a folyamatokat, amelyeket korábban túl nehéz volt kutatni
A kulcsszó a „kiegészítő”. Az iISM-et nem a fluorescens mikroszkópia helyettesítésére tervezték. A cél, hogy azzal együtt működjön. Ahogy az első szerző, Michelle Kueppers fogalmazta: „Ha a fluorescens erősségét használjuk a molekuláris specifikusságra, és az iISM erősségét a jelzőidék nélküli kontextusra és dinamikára, akkor valóban megkezdhetjük megválaszolni azokat a kérdéseket, amelyeket eddig nehéz volt kezelni.”
Számomra ez a lehető legjobb eredménynek tűnik. Nem az, hogy egy technológia legyőzi a másikat, hanem az, hogy a tudósoknak több eszköze van a szerszámtáskájukban, hogy megértsék, hogyan működik valójában az élet a legalapvetőbb szinten.
Az élet folyamata
Valami szinte meditatív az az idea, hogy órákig egy élő sejtet figyelünk, látva, ahogy a szervei mozognak és kölcsönöznek egymással bármilyen mesterséges interruptedálás nélkül. Szó szerint a biológia folyamatát figyeljük meg szinte valós időben, szűrő nélkül.
Ez jelentősnek tűnik. Minden alkalommal, amikor új módszert találunk a természet világának tisztábban megfigyelésére, olyan dolgokat fedezünk fel, amikre sosem számítottunk. Ez a mikroszkóp valószínűleg nem lesz a kivétel.
Forrás: ScienceDaily