Představte si, že pozorovat město z autobusu
Dobrá, pokud milujete vědecké vychloubáctí, tohle vám vyrazí dech.
Desetiletí vědci používali výkonné mikroskopy k tomuto, že se „přiblížili“ k buňkám – těm malým biologickým strojům, ze kterých je složeno vše živé. Ale zde je problém: aby mohli vidět cokoli jasně, museli vědci buňky barvit fluorescenčními barvily. Je to jako nasadit si sluneční brýle, abyste viděli lépe. Jenže ty brýle mohou změnit způsob, jakým se buňka chová, a dovolí vám sledovat jen pár věcí najednou.
Nyní výzkumníci ze Stanford University postavili něco nového. Mikroskop, který sleduje živé buňky při jejich běžné činnosti, aniž by potřeboval vůbec ty fluorescenční štítky. A upřímně? Působí to na mě mnohem důležitěji, než se o tom zatím mluví.
Co nový mikroskop dokáže
Tento systém se nazývá Interferometrická skenovací mikroskopie obrazu (Interferometric Image Scanning Microscopy), což je docela složitý název, tak to nazvěme prostě iISM. Co je na něm tak výjimečné?
Dokáže sledovat pohyb, změny a interakce mnoha struktur uvnitř živé buňky současně – s rozlišením přibližně 120 nanometrů. Pro kontext: nanometr je jedna miliardtina metru. Mluvíme o neuvěřitelně malých rozměrech.
Ale skutečné kouzlo není jen v rozlišení. Je v tom, že vědci mohou tyto buněčné komponenty pozorovat po dlouhou dobu bez toho, aby buňku „usmažili“ příliš silným světlem nebo náhodou změnili její chování. Nižší expozice světlem znamená méně fotodestrukce. Méně fotodestrukce znamená šťastnější a přirozenější buňky. Přirozenější buňky znamenají lepší vědu.
Proč byly fluorescenční štítky hlavou bolí**
Nechte mě vysvětlit, proč je to tak důležité, protože si myslím, že technické detaily mohou přivést v zapomnění, jak nesmírně frustrující byl starý přístup pro výzkumníky.
Tradiční fluorescenční mikroskopie funguje tak, že k určitým strukturám uvnitř buněk přichytí svítící molekuly. Tyto molekuly při vzrušení vyzařují světlo, čímž udělají cílové struktury viditelnými. Zní to skvěle, že?
Jenže:
- Můžete označit jen pár struktur najednou
- Štítky mohou vyblednout v důsledku jevu zvaného fotoblečení
- Přidání štítků může ve skutečnosti změnit chování struktur (ups)
- A vidíte pouze označené věci, přičemž přicházíte o širší buněčný kontext
Přístup týmu ze Stanfordu všechny tyto problémy obchází. Představte si to jako přechod od baterky, která vám ukáže jen určité předměty, k obecnému světlu, které vám umožní vidět v místnosti všechno. Neobnovujete to, co fluorescence dělá – doplňujete ji o něco, co dříve nešlo.
Jak to vlastně funguje? (Diplom z inženýrství nepotřebujete)
Tady to začíná být zajímavé. Mikroskop využívá jev, který zažíváte každý den: rozptyl světla.
Víte, proč je obloha modrá? Jak sluneční světlo prochází atmosférou Země, drobné molekuly rozptylují kratší modré vlnové délky více než delší červené vlnové délky. Proto je obloha nahoře modrá, zatímco západ slunce je červenohnutý – světlo ze Slunce se rozptyluje kolem vás.
Interferometrická rozptylová mikroskopie dělá totéž v mikroskopickém měřítku. Laser svítí do buňky a drobné struktury uvnitř rozptýlí část tohoto světla. Rozptýlený signál je extrémně slabý, proto používají druhý laserový paprsek k jeho zesílení – to je ta „interferometrická“ část.
Výsledek? Jasné snímky buněčného mechanismu v akci, aniž by někdo cokoliv vstřikoval nebo přidával jakékoli štítky.
Co to znamená pro vědu?
Podle vědců – včetně W.E. Moernera, který získal Nobelovu cenu za chemii v roce 2014 za fluorescenční mikroskopii s vysokým rozlišením – nám to může pomoci:
- Studovat, jak buňky nádorů reagují na potenciální léky
- Sledovat, jak chorobotvorní organismy interagují s buňkami
- Pozorovat, jak rostlinné buňky komunikují s mikroorganismy
- Lepše porozumět procesům, jejichž studium bylo dříve příliš obtížné
Klíčové slovo je „komplementární“. iISM nemá nahrazovat fluorescenční mikroskopii. Má s ní spolupracovat. Jak to řekla první autorka Michelle Kueppers: „Pokud využijeme sílu fluorescence pro molekulární specifitu a sílu iISM pro bezštítkový kontext a dynamiku, můžeme skutečně začít řešit otázky, které byly dříve těžko uchopitelné.“
Pro mě to zní jako nejlepší možný výsledek. Ne že by jedna technologie vyhrála nad druhou, ale vědci získávají více nástrojů do své výbavě, aby pochopili, jak život skutečně funguje v té nejzákladnější úrovni.
Sledování rozvíjejícího se života
Na představě, že několik hodin sledujete živou buňku a vidíte, jak její struktury plují a interagují bez jakéhokoli umělého přerušení, je něco až meditativního. Doslova sledujeme biologii v téměř reálném čase, nezkreslenou.
To je významné. Pokaždé, když vyvineme nový způsob, jak jasněji pozorovat přírodní svět, objevíme věci, které jsme vůbec nečekali. Tento mikroskop bude pravděpodobně žádnou z těch výjimky.
Zdroj: ScienceDaily