Imaginează-ți că privești un oraș din interiorul unui autobuz
Ok, iată ceva care te va lăsa pe gânduri dacă ești pasionat de știință.
Timp de decenii, oamenii de știință au folosit microscoape puternice pentru a face zoom pe celule — acele mici mașinării biologice care compun tot ceea ce este viu. Dar aici este problema: pentru a vedea orice în clar, cercetătorii trebuiau să coloreze celulele cu coloranți fluorescenți. Este ca și cum ai pune ochelari de soare pentru a vedea mai bine. Cu excepția faptului că ochelarii de soare ar putea schimba modul în care se comportă celula și îți permit să privești doar câteva lucruri deodată.
Acum, cercetătorii de la Universitatea Stanford au construit ceva nou. Un microscop care urmărește celulele vii făcându-și treaba fără a avea nevoie deloc de acele etichete fluorescente. Și, sincer să fiu? Pare a fi un lucru mult mai important decât se recunoaște.
Ce poate face noul microscop
Sistemul se numește Microscopia prin Scanarea Imaginilor Interferometrice, ceea ce este un nume lung, așa că să-l numim pur și simplu iISM. Ce îl face special?
Acesta poate observa multiple structuri din interiorul unei celule vii care se mișcă, se schimbă și interacționează, toate în același timp — cu o rezoluție de aproximativ 120 de nanometri. Pentru context, un nanometru este un miliard de metri. Vorbim despre ceva incredibil de mic aici.
Dar adevărata magie nu este doar rezoluția. Ci faptul că oamenii de știință pot observa aceste componente celulare pe perioade extinse fără a „prăji” celula cu prea multă lumină sau a schimba accidental modul în care se comportă aceasta. O expunere mai mică la lumină înseamnă mai puțină fotodamaj. Mai puțin fotodamaj înseamnă celule mai sănătoase și mai naturale. Celule mai naturale înseamnă o știință mai bună.
De ce etichetele fluorescente au fost o bătaie de cap
Lasă-mă să îți explic de ce contează atât de mult, deoarece cred că detaliile tehnice pot masca cât de cu adevărat frustrante era vechea abordare pentru cercetători.
Microscopia de fluorescență tradițională funcționează prin atașarea unor molecule strălucitoare de structuri specifice din interiorul celulelor. Acele molecule emit lumină atunci când sunt excitate, făcând structurile țintă vizibile. Sună bine, nu?
Cu excepția faptului că:
- Poți eticheta doar câteva structuri deodată
- Etichetele se pot estompa printr-un proces numit fotobleare
- Adăugarea etichetelor poate schimba, de fapt, modul în care se comportă structurile (ups!)
- Și vezi doar lucrurile etichetate, pierzând contextul celular mai larg
Abordarea echipei de la Stanford evită toate acestea. Gândește-te ca la trecerea de la o lanternă care îți arată doar anumite obiecte, la o lumină generală care îți permite să vezi totul într-o cameră. Nu înlocuiești ceea ce face fluorescența — o completezi cu ceva ce aceasta nu putea face înainte.
Cum funcționează, de fapt? (Fără a fi nevoie de o diplomă în inginerie)
Aici devine interesant. Microscopul folosește un fenomen pe care îl experimentezi în fiecare zi: împrăștierea luminii.
Știi de ce cerul este albastru? Pe măsură ce lumina solară trece prin atmosfera Pământului, moleculele mici împrăstie lungimile de undă scurte (albastre) mai mult decât lungimile de undă lungi (roșii). De aceea, cerul de deasupra este albastru, în timp ce apusul pare roșatic — lumina de la soare este împrăștiată în jurul tău.
Microscopia prin împrăștiere interferometrică face același lucru la o scară minusculă. Un laser strălucește într-o celulă, iar structurile mici din interior împrăstie o parte din acea lumină. Semnalul împrăștiat este extrem de slab, așa că folosesc un al doilea fascicul laser pentru a-l amplifica — aceasta este partea „interferometrică”.
Rezultatul? Imagini clare ale mecanismului celular care își desfășoară activitatea fără ca cineva să fi injectat ceva sau să fi adăugat etichete.
Ce înseamnă acest lucru pentru știință?
Conform cercetătorilor — inclusiv W.E. Moerner, care a câștigat Premiul Nobel la Chimie în 2014 pentru microscopia de fluorescență cu super-rezoluție — acest lucru ne-ar putea ajuta să:
- Studiem modul în care celulele canceroase răspund la potențiale medicamente
- Observăm modul în care organismele care provoacă boli interacționează cu celulele
- Observăm celulele vegetale comunicând cu microorganizismele
- Înțelegem mai bine procese care anterior erau prea dificil de studiat
Cuvântul cheie este „complementar”. iISM nu este menit să înlocuiască microscopia de fluorescență. Este menit să lucreze alături de aceasta. După cum a explicat autorul principal, Michelle Kueppers: „Dacă folosim punctele forte ale fluorescenței pentru specificitatea moleculară și punctele forte ale iISM pentru contextul și dinamica fără etichete, putem începe cu adevărat să abordăm întrebări care au fost dificil de tratat până acum”.
Pentru mine, acesta sună ca cel mai bun rezultat posibil. Nu o tehnologie câștigând asupra alteia, ci oamenii de știință având mai multe instrumente în cutia lor de unelte pentru a înțelege cum funcționează, de fapt, viața la cel mai fundamental nivel.
Privind cum se desfășoară viața
Există ceva aproape meditativ în ideea de a privi o celulă vie timp de ore întregi, văzând structurile sale derivând și interacționând fără nicio întrerupere artificială. Suntem, la propriu, privind biologia acontezând aproape în timp real, fără filtru.
Aceasta pare a fi o realizare semnificativă. De fiecare dată când dezvoltăm o nouă metodă de a observa lumea naturală mai clar, descoperim lucruri pe care nu le-am anticipat niciodată. Acest microscop probabil nu va fi excepția.
Sursă: ScienceDaily