Представете си да наблюдавате град отвътре, от автобус
Добре, ето нещо, което ще ви blow mind (ще ви взриви главата), ако обичате науката.
Десетилетия наред учените са използвали мощни микроскопи, за да увеличават клетките — тези малки биологични машини, които съставляват всичко живо. Но ето проблема: за да видят нещо ясно, изследователите трябваше да оцветяват клетките с флуоресцентни багрила. Това е като да сложите слънчеви очила, за да виждате по-добре. С разликата, че слънчевите очила могат да променят начина, по който клетката се държи, и те ви позволяват да гледате само няколко неща едновременно.
Сега изследователи от Стэнфордският университет са създали нещо ново. Микроскоп, който наблюдава живи клетки, докато те вършат работата си, без изобщо да се нуждае от тези флуоресцентни етикети. И честно казано? Това изглежда като по-голямо постижение, отколкото се признава.
Какво може да прави новият микроскоп
Системата се нарича Интерферометрична микроскопия със сканиране на изображения (Interferometric Image Scanning Microscopy), което е трудно за произнасяне, затова нека го наречем iISM. Какво го прави специален?
Той може да наблюдава множество структури вътре в жива клетка как се движат, променят и взаимодействат едновременно — с резолюция от около 120 нанометра. За контекст, нанометърът е една милиардна от метъра. Говорим за невероятно малки неща.
Но истинската магия не е само в резолюцията. Тя е в това, че учените могат да наблюдават тези клетъчни компоненти в продължение на разтегнати периоди, без да „изпичат“ клетката с твърде много светлина или случайно да променят поведението ѝ. По-ниска светлинна експозиция означава по-малко фотоповреждане. По-малко фотоповреждане означава по-здрави и естествени клетки. Повече естествени клетки означават по-добра наука.
Защо флуоресцентните етикети бяха главоболие
Позволете ми да обясня защо това е толкова важно, защото мисля, че техническите детайли могат да скрият колко наистина разочароващ е бил старият подход за изследователите.
Традиционната флуоресцентна микроскопия работи чрез прикрепване на светещи молекули към специфични структури вътре в клетките. Тези молекули излъчват светлина, когато бъдат възбудени, което прави целевите структури видими. Звучи страхотно, нали?
Ето само:
- Можете да маркирате само няколко структури едновременно
- Етикетите могат да избледнеят чрез процес, наречен фотоизсветляване (photobleaching)
- Добавянето на етикети всъщност може да промени начина, по който структурите се държат (упс)
- И вие виждате само маркираните неща, пропускайки по-широкия клетъчен контекст
Подходът на екипа от Стэнфорд избягва всичко това. Представете си го като преминаване от фенерче, което ви показва само определени обекти, към общо осветление, което ви позволява да видите всичко в стаята. Вие не заменяте това, което прави флуоресценцията — вие я допълнявате с нещо, което тя не е могла да направи преди.
Как всъщност работи? (Не е нужно инженерно образование)
Ето къде става интересно. Микроскопът използва феномен, който преживявате всеки божи ден: разсейване на светлината.
Знаете ли защо небето е синьо? Докато слънчевата светлина преминава през атмосферата на Земята, малките молекули разсейват по-късите сини дължини на вълната повече от по-дългите червени дължини. Ето защо небето отгоре изглежда синьо, докато залезът изглежда червеникав — светлината от слънцето се разсейва около вас.
Интерферометричната микроскопия със сканиране на изображения прави същото в микроскопичен мащаб. Лазер свети в клетката и малките структури вътре разсейват част от тази светлина. Разсеяният сигнал е супер слаб, затова те използват втори лазерен лъч, за да го усилят — това е „интерферометричната“ част.
Резултатът? Ясни изображения на клетъчния механизъм, който върши работата си, без никой да е инжектирал каквото и да е или добавил етикети.
Какво означава това за науката?
Според изследователите — включително У. Е. Мернер, който спечели Нобелова награда по химия през 2014 г. за флуоресцентна микроскопия със суперразделителна способност — това може да ни помогне да:
- Изследваме как раковите клетки реагират на потенциални лекарства
- Наблюдаваме как организмите, причиняващи заболявания, взаимодействат с клетките
- Наблюдаваме как растителните клетки „разговарят“ с микроорганизмите
- По-добре разберем процеси, които преди бяха твърде трудни за изучаване
Ключовата дума е „допълващо“. iISM не е предназначена да замени флуоресцентната микроскопия. Тя е предназначена да работи заедно с нея. Както казва първият автор Мишел Кюперс: „Ако използваме силните страни на флуоресценцията за молекулярна специфичност и силните страни на iISM за безмарков контекст и динамика, можем наистина да започнем да решаваме въпроси, които преди бяха трудни за справяне“.
За мен това звучи като най-добрия възможен резултат. Не една технология да победи друга, а учените да имат повече инструменти в инструментариума си, за да разберат как всъщност работи животът на най-фундаментално ниво.
Наблюдаване на разгръщащия се живот
В идеята да наблюдаваш жива клетка с часове, виждайки как нейните структури се движат и взаимодействат без изкуствено прекъсване, има нещо почти медитативно. Ние буквално наблюдаваме биологията да се случва в почти реално време, без филтър.
Това изглежда значимо. Всеки път, когато разработим нов начин да наблюдаваме естествения свят по-ясно, откриваме неща, които никога не сме очаквали. Този микроскоп вероятно няма да бъде изключение.
Източник: ScienceDaily