Представьте, что вы наблюдаете за городом из окна автобуса
Итак, вот кое-что, что перевернет ваше сознание, если вы любите науку.
Десятилетиями ученые использовали мощные микроскопы, чтобы рассматривать клетки вблизи — те самые крошечные биологические машины, из которых состоит всё живое. Но вот в чем проблема: чтобы увидеть что-то четко, исследователям приходилось окрашивать клетки флуоресцентными красителями. Это похоже на то, как если бы вы надели солнцезащитные очки, чтобы лучше видеть. Вот только эти «очки» могут изменить поведение клетки, и они позволяют рассматривать лишь несколько объектов одновременно.
Теперь исследователи из Стэнфордского университета создали нечто новое. Микроскоп, который наблюдает за живыми клетками в их естественном состоянии, вообще не нуждаясь в этих флуоресцентных метках. И, честно говоря? Это кажется гораздо более важным достижением, чем принято считать.
Что может новый микроскоп
Система называется интерферометрическая сканирующая микроскопия изображения (Interferometric Image Scanning Microscopy), что звучит громоздко, так что давайте называть её просто iISM. Что делает её особенной?
Она может наблюдать за тем, как множество структур внутри живой клетки одновременно движутся, меняются и взаимодействуют — с разрешением около 120 нанометров. Для справки: нанометр — это миллиардная часть метра. Мы говорим о невероятно малых масштабах.
Но настоящая магия не только в разрешении. Она в том, что ученые могут наблюдать за этими клеточными компонентами в течение длительного времени, не поджаривая клетку избыточным светом и случайно не меняя её поведение. Меньшее воздействие света означает меньше фотоповреждений. Меньше фотоповреждений — значит, клетки более здоровы и ведут себя естественно. Естественные клетки — это более качественная наука.
Почему флуоресцентные метки были головной болью
Позвольте мне объяснить, почему это так важно, потому что технические детали могут скрыть то, насколько по-настоящему утомительным был старый подход для исследователей.
Традиционная флуоресцентная микроскопия работает путем прикрепления светящихся молекул к определенным структурам внутри клеток. Эти молекулы излучают свет при возбуждении, делая целевые структуры видимыми. Звучит здорово, верно?
Но есть нюансы:
- Вы можете пометить лишь несколько структур одновременно;
- Метки могут выцветать в процессе так называемого фотообесцвечивания;
- Добавление меток может фактически изменить поведение структур (упс);
- И вы видите только помеченные объекты, упуская общий клеточный контекст.
Подход команды из Стэнфорда позволяет избежать всего этого. Представьте, что вы перешли от фонарика, который подсвечивает лишь отдельные предметы, к общему освещению, которое позволяет видеть всё в комнате. iISM не заменяет флуоресценцию — она дополняет её тем, что раньше было невозможно.
Как это работает на самом деле? (Инженерное образование не требуется)
А вот здесь начинается самое интересное. Микроскоп использует явление, с которым вы сталкиваетесь каждый день: рассеяние света.
Знаете, почему небо кажется голубым? Когда солнечный свет проходит через атмосферу Земли, крошечные молекулы рассеивают короткие синие волны сильнее, чем длинные красные. Вот почему небо над головой голубое, а закат кажется красноватым — солнечный свет рассеивается вокруг вас.
Интерферометрическая рассеивающая микроскопия делает то же самое, но в микроскопическом масштабе. Лазер светит в клетку, и крошечные структуры внутри рассеивают часть этого света. Рассеянный сигнал очень слаб, поэтому они используют второй лазерный луч, чтобы усилить его — это и есть «интерферометрическая» часть.
Результат? Четкие изображения клеточных механизмов, занятых своим делом, без инъекций и добавления каких-либо меток.
Что это значит для науки?
По словам исследователей — включая У. Э. Мёрнера, получившего Нобелевскую премию по химии в 2014 году за флуоресцентную микроскопию сверхвысокого разрешения, — это может помочь нам:
- Изучать, как раковые клетки реагируют на потенциальные лекарства;
- Наблюдать за тем, как болезнетворные организмы взаимодействуют с клетками;
- Наблюдать за тем, как растительные клетки «общаются» с микроорганизмами;
- Лучше понимать процессы, которые раньше было слишком трудно изучать.
Ключевое слово — «дополнительный». iISM не предназначена для замены флуоресцентной микроскопии. Она призвана работать вместе с ней. Как сказала первый автор исследования Мишель Кюпперс: «Если мы будем использовать преимущества флуоресценции для молекулярной специфичности и преимущества iISM для получения контекста и динамики без меток, мы сможем по-настоящему приступить к решению вопросов, которые раньше было трудно решить».
Для меня это звучит как лучший из возможных исходов. Не одна технология побеждает другую, а ученые получают больше инструментов в свой арсенал, чтобы понять, как на самом деле устроена жизнь на самом фундаментальном уровне.
Наблюдение за жизнью в движении
В самой идее наблюдения за живой клеткой в течение нескольких часов, когда вы видите, как её структуры дрейфуют и взаимодействуют без какого-либо искусственного вмешательства, есть нечто почти медитативное. Мы буквально наблюдаем за биологией в реальном времени, без фильтров.
Это кажется значимым. Каждый раз, когда мы разрабатываем новый способ более четкого наблюдения за природным миром, мы открываем вещи, которых совсем не ожидали. И этот микроскоп, вероятно, не станет исключением.
Источник: ScienceDaily