Avtobus ichidan shaharni kuzatishni tasavvur qiling
Agar sizga ilm-fanga oid narsalar yoqsa, mana bu yangilik sizni hayratga soladi.
O'nlab yillar davomida olimlar hujayralarni — barcha tirik organizmlarni tashkil etuvchi o'ta kichik biologik mashinalarni — ko'rish uchun kuchli mikroskoplardan foydalandilar. Ammo muammo shundaki: biror narsani aniq ko'rish uchun tadqiqotchilar hujayralarni fluorestsent bo'yoqlar bilan bo'yashlari kerak edi. Bu xuddi yaxshiroq ko'rish uchun quyosh ko'zoynagi taqishga o'xshaydi. Faqat quyosh ko'zoynagi hujayraning xatti-harakatini o'zgartirib yuborishi mumkin va u sizga bir vaqtning o'zida faqat bir nechta narsani ko'rish imkonini beradi.
Endi esa Stanford universiteti tadqiqotchilari yangi narsa yaratishdi. Bu mikroskop hech qanday fluorestsent bo'yoqlarsiz, tirik hujayralarning o'z ishlari bilan bandligini kuzata oladi. To'g'risi, bu o'ziga berilayotgan e'tibordan ham ko'proq ahamiyatga ega bo'lishi mumkin.
Yangi mikroskop nimalarga qodir?
Tizim Interferometrik tasvir skanirovchi mikroskop (Interferometric Image Scanning Microscopy) deb ataladi, nomi juda uzun, shuning uchun uni shunchaki iISM deb ataymiz. Uni nima maxsus qiladi?
U tirik hujayra ichidagi bir nechta tuzilmalarning bir vaqtning o'zida harakatlanishini, o'zgarishini va o'zaro ta'sirini taxminan 120 nanometr aniqlikda kuzata oladi. Ma'lumot uchun: nanometr — bu metrning milliarddan bir qismi. Biz juda kichik narsalar haqida gapiryapmiz.
Lekin haqiqiy sehr faqat aniqlikda emas. Haqiqiy mo'jiza shundaki, olimlar hujayrani haddan tashqari ko'p yorug'lik bilan "qovurib" yubormasdan yoki uning xatti-harakatini tasodifan o'zgartirmasdan, ushbu hujayra qismlarini uzoq vaqt davomida kuzatishlari mumkin. Kamroq yorug'lik ta'siri — kamroq fotozarar deganidir. Kamroq fotozarar esa — sog'lom va tabiiy hujayralar deganidir. Tabiiy hujayralar esa — yaxshi ilm-fan deganidir.
Nima uchun fluorestsent bo'yoqlar muammo tug'dirgan?
Nima uchun bu juda muhimligini tushuntirib beraman, chunki texnik detallar eski usul tadqiqotchilar uchun qanchalik asabga tegishli bo'lganini yashirib ketishi mumkin.
An'anaviy fluorestsent mikroskopiyada hujayra ichidagi ma'lum tuzilmalarga yorqin molekulalar biriktiriladi. Bu molekulalar qo'zg'atilganda yorug'lik chiqaradi va shu orqali maqsadli tuzilmalar ko'rinadi. Yaxshi eshitiladi, shundaymi?
Lekin:
- Siz bir vaqtning o'zida faqat bir nechta tuzilmalarni bo'yashingiz mumkin;
- Bo'yoqlar "fotobleaching" (yorug'lik ta'sirida rangini yo'qotish) natijasida o'chib ketishi mumkin;
- Bo'yoq qo'shish tuzilmalarning xatti-harakatini o'zgartirib yuborishi mumkin;
- Siz faqat bo'yalgan narsalarni ko'rasiz va hujayraning umumiy holatini (kontekstini) o'tkazib yuborasiz.
Stanford jamoasining usuli bularning barchasidan qochadi. Buni xuddi xonadagi hamma narsani ko'rish imkonini beruvchi umumiy chiroqqa o'tish va faqat ma'lum narsalarni ko'rsatadigan fonar o'rniga o'tishga qiyoslang. Siz fluorestsent mikroskopiyani o'rniga bosmayapsiz — siz uni avval amalga oshira olmagan imkoniyat bilan to'ldiryapsiz.
U qanday ishlaydi? (Muhandislik darajasi shart emas)
Mana eng qiziq joyi. Mikroskop siz har kuni duch keladigan hodisadan — yorug'lik tarqalishidan (light scattering) foydalanadi.
Osmon nima uchun ko'k rangda ekanligini bilasizmi? Quyosh nuri Yer atmosferasi orqali o'tayotganda, mayda molekulalar qisqa to'lqinli ko'k nurlarni uzun to'lqinli qizil nurlarga qaraganda ko'proq tarqatadi. Shuning uchun tepaga qaraganda ko'k, quyosh botayotganda esa qizil ko'rinadi — quyosh nuri atrofingizda tarqalib boradi.
Interferometrik tarqalish mikroskopiyasi ham xuddi shu jarayonni juda kichik miqyosda amalga oshiradi. Lazer hujayra ichiga yo'naltiriladi va ichkaridagi mayda tuzilmalar ushbu yorug'likning bir qismini tarqatadi. Tarqalgan signal juda zaif bo'lganligi sababli, ular uni kuchaytirish uchun ikkinchi lazer nurlarini ishlatishadi — mana shu "interferometrik" qismi.
Natija nima? Hech qanday bo'yoq yoki qo'shimcha qo'shilmagan, o'z ishlari bilan band bo'lgan hujayra mexanizmlarining tiniq tasviri.
Bu ilm-fan uchun nima degani?
Tadqiqotchilarning aytishicha (jumladan, 2014-yilda super-aniqlikdagi fluorestsent mikroskopiyasi uchun Kimyo bo'yicha Nobel mukofotini olgan V.E. Moerner), bu bizga quyidagilarda yordam berishi mumkin:
- Saraton hujayralarining potentsial dorilarga qanday javob berishini o'rganish;
- Kasallik keltirib chiqaruvchi organizmlarning hujayralar bilan qanday ta'sir qilayotganini kuzatish;
- O'simlik hujayralarining mikroorganizmlar bilan "muloqotini" kuzatish;
- Avval o'rganish juda qiyin bo'lgan jarayonlarni yaxshiroq tushunish.
Asosiy ibora — "to'ldiruvchi". iISM fluorestsent mikroskopiyasini o'rnini bosish uchun emas, balki unga hamrohlik qilish uchun yaratilgan. Birinchi muallif Mishel Kyuppers aytganidek: "Agar biz molekulyar aniqlik uchun fluorestsent mikroskopiyaning kuchidan, bo'yoqsiz kontekst va dinamika uchun iISMning kuchidan foydalansak, biz avval yechish qiyin bo'lgan savollarga haqiqiy javob topishni boshlashimiz mumkin."
Men uchun bu eng yaxshi natija. Bu bir texnologiyaning ikkinchisini yengishi emas, balki olimlarning hayot eng fundamental darajada qanday ishlashini tushunish uchun yanada ko'proq vositalarga ega bo'lishidir.
Hayotning oqimini kuzatish
Tirik hujayrani soatlab, uning tuzilmalari hech qanday sun'iy aralashuvsiz harakatlanishini kuzatish deyarli meditatsiya kabi tuyuladi. Biz haqiqiy biologik jarayonlarni filtrlanmagan, deyarli real vaqt rejimida ko'rayapmiz.
Bu juda muhim. Tabiiy dunyoni yanada aniqroq kuzatishning yangi usulini ishlab chiqarganimizda, biz hech qachon kutmagan narsalarni kashf etamiz. Bu mikroskop ham, ehtimol, istisno bo'lmaydi.