Se for deg en by fra innsiden av en buss
Greit, her er noe som vil blåse deg av banen hvis du elsker vitenskap.
I tiår har forskere brukt kraftige mikroskoper for å zoome inn på celler – de bittesmå biologiske maskinene som utgjør alt levende. Men her er problemet: For å se noe tydelig, måtte forskere farge cellene med fluorescerende fargestoffer. Det er som å ta på seg solbriller for å se bedre. Unntaket er at solbrillene kan endre hvordan cellen oppfører seg, og de lar deg bare se på noen få ting av gangen.
Nå har forskere ved Stanford University bygget noe nytt. Et mikroskop som observerer levende celler mens de gjør sitt, helt uten behov for de fluorescerende merkelappene. Og ærlig talt? Dette føles som en større sak enn det får kreditt for.
Hva det nye mikroskopet kan gjøre
Systemet kalles Interferometric Image Scanning Microscopy, som er et langt navn, så la oss bare kalle det iISM. Hva gjør det spesielt?
Det kan observere flere strukturer inne i en levende celle som beveger seg, endrer seg og samhandler – alt på samme tid – med en oppløsning på omtrent 120 nanometer. Til sammenligning er en nanometer en milliarddel av en meter. Vi snakker om noe som er utrolig lite her.
Men den virkelige magien er ikke bare oppløsningen. Det er at forskere kan observere disse cellulære komponentene over lange perioder uten å steke cellen med for mye lys eller ved et uhell endre hvordan den oppfører seg. Lavere lyseksponering betyr mindre fotoskade. Mindre fotoskade betyr gladere og mer naturlige celler. Mer naturlige celler betyr bedre vitenskap.
Hvorfor fluorescerende merkelapper har vært et hodebry
La meg forklare hvorfor dette betyr så mye, for jeg tror det tekniske kan overskygge hvor genuint frustrerende den gamle metoden var for forskerne.
Tradisjonell fluorescensmikroskopi fungerer ved å feste lysende molekyler til spesifikke strukturer inne i cellene. Disse molekylene sender ut lys når de blir eksitert, noe som gjør målstrukturene synlige. Høres bra ut, ikke sant?
Unntaket er:
- Du kan bare merke noen få strukturer av gangen
- Merkelappene kan falme gjennom noe som kalles fotobleking
- Å legge til merkelapper kan faktisk endre hvordan strukturene oppfører seg (ups)
- Og du ser bare de merkede tingene, og går glipp av den bredere cellulære konteksten
Stanford-teamets tilnærming unngår alt dette. Tenk på det som å bytte fra en lommelykt som bare viser deg visse objekter, til et generelt lys som lar deg se alt i et rom. Du erstatter ikke det fluorescens gjør – du utfyller det med noe det ikke kunne gjøre før.
Hvordan fungerer det egentlig? (Krever ingen ingeniørgrad)
Det er her det blir kult. Mikroskopet bruker et fenomen du opplever hver eneste dag: lysspredning.
Vet du hvorfor himmelen ser blå ut? Når sollyset passerer gjennom jordens atmosfære, sprer små molekyler de kortere blå bølgelengdene mer enn de lengre røde bølgelengdene. Det er derfor himmelen ser blå ut rett over deg, mens solnedgangen ser rødlig ut – lyset fra solen blir spredt rundt omkring deg.
Interferometrisk spredningsmikroskopi gjør det samme på en bitteliten skala. En laser lyser inn i en celle, og bittesmå strukturer inne i cellen sprer noe av dette lyset. Det spredte signalet er supersvakt, så de bruker en ekstra laserstråle for å forsterke det – det er den "interferometriske" delen.
Resultatet? Klare bilder av det cellulære maskineriet som utfører sitt arbeid uten at noen har injisert noe eller lagt til noen merkelapper.
Hva betyr dette for vitenskapen?
Ifølge forskerne – inkludert W.E. Moerner, som vant Nobelprisen i kjemi i 2014 for superoppløsnings fluorescensmikroskopi – kan dette hjelpe oss med å:
- Studere hvordan kreftceller reagerer på potensielle legemidler
- Se hvordan sykdomsfremkallende organismer samhandler med celler
- Observere planteceller som kommuniserer med mikroorganismer
- Bedre forstå prosesser som tidligere var for vanskelige å studere
Nøkkelordet er "komplementær". iISM er ikke ment å erstatte fluorescensmikroskopi. Den er ment å fungere side om side med den. Som førsteforfatter Michelle Kueppers sa det: "Hvis vi bruker styrken til fluorescens for molekylær spesifisitet og styrken til iISM for merkelappfri kontekst og dynamikk, kan vi virkelig begynne å ta tak i spørsmål som har vært vanskelige å besvare før."
For meg høres det ut som det best mulige utfallet. Ikke én teknologi som vinner over en annen, men forskere som får flere verktøy i verktøykassen for å forstå hvordan livet faktisk fungerer på det mest grunnleggende nivået.
Å se livet utfolde seg
Det er noe nesten meditativt over tanken på å observere en levende celle i timevis, og se strukturene drive og samhandle uten noen kunstig avbrytelse. Vi ser bokstavelig talt biologi skje i nær sanntid, ufiltrert.
Det føles betydningsfullt. Hver gang vi utvikler en ny måte å observere den naturlige verden tydeligere på, oppdager vi ting vi aldri hadde forventet. Dette mikroskopet vil sannsynligvis ikke være unntaket.
Kilde: ScienceDaily