Kuvittele kaupungin tarkkailu bussin sisältä
Selvä, tässä on jotain, mikä räjäyttää aivosi, jos rakastat tiedettä.
Vuosikymmenten ajan tutkijat ovat käyttäneet tehokkaita mikroskooppeja solujen — niiden pienten biologisten koneiden, joista kaikki elävä koostuu — tarkasteluun. Mutta tässä on ongelma: nähdäkseen mitään selkeästi, tutkijoiden piti värjätä solut fluoresoivilla väriaineilla. Se on kuin laittaisi aurinkolasit nähdäkseen paremmin. Paitsi että aurinkolasit saattavat muuttaa solun käyttäytymistä, ja niillä voi nähdä vain muutaman asian kerrallaan.
Nyt Stanfordin yliopiston tutkijat ovat rakentaneet jotain uutta. Mikroskoopin, joka seuraa eläviä soluja tekemässä omaa tekemistään ilman, että niihin tarvitaan lainkaan fluoresoivia merkkiaineita. Ja rehellisesti sanottuna? Tämä tuntuu paljon merkittävämmältä kuin mitä se saa ansaitakseen.
Mitä uusi mikroskooppi osaa tehdä
Järjestelmän nimi on Interferometric Image Scanning Microscopy, mikä on suuri nimi, joten kutsutaan sitä vain iISM:ksi. Mikä tekee siitä erityisen?
Se voi seurata useita elävän solun sisällä olevia rakenteita, jotka liikkuvat, muuttuvat ja ovat vuorovaikutuksessa keskenään samanaikaisesti — noin 120 nanometrin resoluutiolla. Vertailun vuoksi: nanometri on miljardisosa metriä. Puhumme siis uskomattoman pienestä mittakaavasta.
Mutta todellinen taika ei ole pelkässä resoluutiossa. Se on siinä, että tutkijat voivat havainnoida näitä solun osia pitkiä aikoja ilman, että solu kärsii liiallisesta valosta tai sen käyttäytyminen muuttuu vahingossa. Pienempi valon altistus tarkoittaa vähemmän valovaurioita. Vähemmän valovaurioita tarkoittaa onnellisempia ja luonnollisempia soluja. Luonnollisemmat solut tarkoittavat parempaa tiedettä.
Miksi fluoresoivat merkkiaineet ovat olleet päänsärky
Anna minun selittää, miksi tämä on niin tärkeää, sillä uskon, että tekninen selitys voi peittää sen, kuinka todella turhauttava vanha tapa oli tutkijoille.
Perinteinen fluoresenssimikroskooppi toimii kiinnittämällä hehkuvia molekyylejä solujen sisällä oleviin tiettyihin rakenteisiin. Nämä molekyylit emittoivat valoa, kun ne aktivoituvat, mikä tekee kohderakenteista näkyviä. Kuulostaa hyvältä, eikö?
Paitsi että:
- Voit merkitä vain muutaman rakenteen kerrallaan
- Merkkiaineet voivat haalistua niin sanotun fotobleaching-ilmiön vuoksi
- Merkkiaineiden lisääminen voi itse asiassa muuttaa rakenteiden käyttäytymistä (ups!)
- Ja näet vain merkityt asiat, jolloin laajempi solun konteksti jää huomaamatta
Stanfordin tiimin lähestymistapa välttää kaiken tämän. Ajattele sitä kuin siirtymistä taskulampusta, joka näyttää vain tiettyjä esineitä, yleisvaloon, joka antaa sinun nähdä kaiken huoneessa. Et korvaa fluoresenssin kykyä — täydennät sitä jollain, mihin se ei aiemmin kyennyt.
Miten se oikeasti toimii? (Ei vaadi insinöörin tutkintoa)
Tässä kohtaa se muuttuu mielenkiintoiseksi. Mikroskooppi hyödyntää ilmiötä, jonka koet joka ikinen päivä: valon siroamista.
Tiedätkö, miksi taivas näyttää siniseltä? Kun auringonvalo kulkee Maan ilmakehän läpi, pienet molekyylit sirottelevat lyhyitä sinisiä aallonpituuksia enemmän kuin pitkiä punaisia aallonpituuksia. Siksi yläilmat näyttävät sinisiltä, kun taas auringonlasku näyttää punertavalta — auringon valo siroaa kaikkialle ympärilläsi.
Interferometrinen siroamismikroskooppi tekee saman asian äärimmäisen pienessä mittakaavassa. Lasersäde paistaa soluun, ja solun sisällä olevat pienet rakenteet sirottelevat osan tästä valosta. Siroteltu signaali on erittäin heikko, joten he käyttävät toista lasersädettä vahvistamaan sitä — se on se "interferometrinen" osa.
Tuloksena? Selkeitä kuvia solun koneistosta hoitamassa hommiaan ilman, että kenenkään tarvitsi injektoida mitään tai lisätä merkkiaineita.
Mitä tämä tarkoittaa tieteelle?
Tutkijoiden mukaan — mukaan lukien W.E. Moerner, joka voitti vuoden 2014 kemian Nobel-palkinnon superresoluution fluoresenssimikroskopiasta — tämä voi auttaa meitä:
- Tutkimaan, miten syöpäsolut reagoivat potentiaalisiin lääkkeisiin
- Seuraamaan, miten taudinaiheuttajat ovat vuorovaikutuksessa solujen kanssa
- Havainnoimaan kasvisolujen kommunikaatiota mikro-organismien kanssa
- Ymmärtämään paremmin prosesseja, joiden tutkiminen oli aiemmin liian vaikeaa
Avain sana on "täydentävä". iISM:n ei ole tarkoitus korvata fluoresenssimikroskooppia. Sen on tarkoitus toimia sen rinnalla. Kuten pääkirjoittaja Michelle Kueppers sanoi: "Jos hyödynnämme fluoresenssin vahvuutta molekyylitason tarkkuudessa ja iISM:n vahvuutta merkkiaineettomassa kontekstissa ja dynamiikassa, voimme todella alkaa ratkaista kysymyksiä, joiden käsittely on ollut aiemmin vaikeaa."
Minulle se kuulostaa parhaalta mahdolliselta lopputulokselta. Kyse ei ole siitä, että yksi teknologia voittaisi toisen, vaan siitä, että tutkijoilla on enemmän työkaluja työkalupakissaan ymmärtääkseen, miten elämä todella toimii kaikkein perustavanlaatuisimmalla tasolla.
Elämän avautumisen seuraaminen
Tässä on jotain lähes meditatiivista: ajatus elävän solun tarkkailusta tuntikausia, nähdään sen rakenteiden liikkuvan ja olevan vuorovaikutuksessa ilman mitään keinotekoista keskeytystä. Me katsomme kirjaimellisesti biologian tapahtumista lähes reaaliajassa, suodattamattomana.
Se tuntuu merkittävältä. Joka kerta, kun kehitämme uuden tavan havainnoida luonnon maailmaa selkeämmin, löydämme asioita, joita emme koskaan odottaneet. Tämä mikroskooppi ei todennäköisesti ole poikkeus.
Lähde: ScienceDaily