Forestil dig at betragte en by indefra en bus
Okay, her er noget, der vil blæse dig bagover, hvis du elsker videnskab.
I årtier har forskere brugt kraftige mikroskoper til at zoome ind på celler – de små biologiske maskiner, som alt levende består af. Men her er problemet: For at kunne se noget tydeligt, har forskere været nødt til at farve cellerne med fluorescerende farvestoffer. Det svarer til at tage solbriller på, så du kan se bedre. Undtagen at solbrillerne kan ændre cellens opførsel, og de lader dig kun se på få ting ad gangen.
Nu har forskere ved Stanford University bygget noget nyt. Et mikroskop, der overvåger levende celler, mens de passer sig selv, uden overhovedet at have brug for de fluorescerende mærkater. Og helt ærligt? Det føles som en større bedrift, end den får anerkendelse for.
Hvad det nye mikroskop kan
Systemet kaldes Interferometric Image Scanning Microscopy, hvilket er en mundfuld, så lad os bare kalde det iISM. Hvad gør det specielt?
Det kan overvåge flere strukturer inde i en levende celle, mens de bevæger sig, ændrer sig og interagerer på samme tid – med en opløsning på omkring 120 nanometer. Til sammenligning er en nanometer en milliarddel af en meter. Vi taler om noget, der er utroligt småt.
Men den virkelige magi er ikke kun opløsningen. Det er det faktum, at forskere kan observere disse cellulære komponenter over lange perioder uden at "stege" cellen med for meget lys eller ved et uheld ændre dens opførsel. Mindre lyseksponering betyder mindre fotonedbrydning. Mindre fotonedbrydning betyder gladere, mere naturlige celler. Mere naturlige celler betyder bedre videnskab.
Hvorfor fluorescerende mærkater har været en hovedpine
Lad mig forklare, hvorfor det her betyder så meget, for jeg tror, det tekniske kan overskygge, hvor frustrerende den gamle metode faktisk var for forskerne.
Traditionel fluorescensmikroskopi fungerer ved at fastgøre lysende molekyler til specifikke strukturer inde i cellerne. Disse molekyler udsender lys, når de bliver exciteret, hvilket gør de målrettede strukturer synlige. Det lyder godt, ikke?
Undtagen:
- Du kan kun mærke få strukturer ad gangen
- Mærkaterne kan falme gennem noget, der kaldes fotoblegning
- At tilføje mærkater kan faktisk ændre, hvordan strukturerne opfører sig (ups)
- Og du ser kun de mærkede ting, hvilket betyder, at du går glip af den bredere cellulære kontekst
Stanford-teamets metode undgår alt det. Tænk på det som at skifte fra en lommelygte, der kun viser dig bestemte genstande, til et generelt lys, der lader dig se alt i et rum. Du erstatter ikke det, fluorescens gør – du supplerer det med noget, det ikke kunne før.
Hvordan fungerer det egentlig? (Ingen ingeniøruddannelse påkrævet)
Det er her, det bliver sejt. Mikroskopet udnytter et fænomen, som du oplever hver eneste dag: lysspredning.
Ved du, hvorfor himlen ser blå ud? Når sollys passerer gennem Jordens atmosfære, spreder små molekyler de korte blå bølgelængder mere end de lange røde bølgelængder. Det er derfor, himlen ser blå ud, mens solnedgangen ser rødlig ud – lyset fra solen bliver spredt hele vejen rundt om dig.
Interferometrisk spredningsmikroskopi gør det samme i en mikroskopisk skala. En laser lyser ind i en celle, og små strukturer inde i cellen spreder noget af det lys. Det spredte signal er ekstremt svagt, så de bruger en anden laserstråle til at forstærke det – det er den "interferometriske" del.
Resultatet? Klare billeder af det cellulære maskineri, der passer sit arbejde, uden at nogen har injiceret noget eller tilføjet nogen mærkater.
Hvad betyder det for videnskaben?
Ifølge forskerne – herunder W.E. Moerner, som vandt Nobelprisen i kemi i 2014 for super-opløsnings fluorescensmikroskopi – kan dette hjælpe os med at:
- Studere hvordan kræftceller reagerer på potentielle lægemidler
- Se hvordan sygdomsfremkaldende organismer interagerer med celler
- Observere plante-celler, der kommunikerer med mikroorganismer
- Bedre forstå processer, som tidligere var for svære at studere
Nøgleordet er "komplementær". iISM er ikke meningen, at det skal erstatte fluorescensmikroskopi. Det er meningen, at det skal arbejde sammen med det. Som førsteforfatter Michelle Kueppers udtrykte det: "Hvis vi bruger styrken fra fluorescens til molekylær specificitet og styrken fra iISM til mærkefri kontekst og dynamik, kan vi virkelig begynde at tage fat på spørgsmål, som har været svære at besvare før."
For mig lyder det som det bedst mulige resultat. Ikke én teknologi, der vinder over en anden, men forskere, der får flere værktøjer i deres værktøjskasse til at forstå, hvordan livet rent faktisk fungerer på det mest fundamentale niveau.
At se livet udfolde sig
Der er noget næsten meditativt over tanken om at observere en levende celle i timevis og se dens strukturer drive afsted og interagere uden nogen kunstig afbrydelse. Vi ser bogstaveligt talt biologien ske i næsten realtid, ufiltreret.
Det føles betydningsfuldt. Hver gang vi udvikler en ny måde at observere den naturlige verden tydeligere på, opdager vi ting, vi aldrig havde forventet. Dette mikroskop bliver sandsynligvis ikke undtagelsen.
Kilde: ScienceDaily