Mikroskop abad ke-21: Molekul Sel Hidup dalam Masa Nyata • Elena Naimark • Berita Sains mengenai "Unsur" • Teknologi, Biologi Molekul, Bioteknologi

Mikroskop Abad 21: Molekul Sel Hidup

Rajah. 1. Di sebelah kiri: Model 3D mikroskop. Semua komponen (kecuali laser) dipasang pada papan demonstrasi 46 × 61 cm, bertukar secara menegak di sebelah pendirian optik dengan meja dengan eyepieces. Hak: gambar mikroskop itu sendiri. Imej dari bahan tambahan ke artikel yang sedang dibincangkan

Pasukan Eric Betzig telah mencipta mikroskop baru yang mampu menangkap objek langsung mikroskopik secara langsung dalam masa nyata. Mengenai keupayaannya diterangkan di halaman majalah. Sains. Dalam ringkasan kering, disenaraikan bahawa mikroskop baru (Rajah 1) membolehkan: untuk mendaftar pergerakan satu biomolekul, melihat proses yang berlaku di dalam sel, mengesan perilaku sel individu di matriks di sekelilingnya, dan interaksi sel antara satu sama lain dalam sistem multiselular. Pada hakikatnya, ketika melihat melalui kanta mata mikroskop baru, dunia yang menarik baru membuka.

Majalah Sains Minggu ini dia menjemput pembaca beliau ke pawagam: dalam artikel mikroskopi Lembaran cahaya: Lebih daripada 20 klip video dipaparkan. Dan ini bukan klip video yang mudah – mereka adalah mikro atau bahkan nanoworld, ditembak dalam masa nyata.Kerja-kerja ini adalah hasil kerja kumpulan besar pengarang, antaranya pemenang Hadiah Nobel dalam bidang kimia, Eric Betzig.

Bingkai dari video yang menunjukkan sel T (warna coklat) menyertai sel sasaran (warna biru). Dalam video, interaksi ini boleh dilihat secara terperinci. Foto dari artikel dalam perbincangan Sains

Ia benar-benar bernilai melihat: ini adalah dunia molekul bergerak di dalam sel hidup. Berikut adalah sel kultur HeLa, dan benang filopodia tipisnya dilukis, gementar dan bergoyang (lihat Filopodia). Sudah tentu, imej super berkualiti tinggi sel-sel ini dengan filopodia banyak, tetapi kini anda dapat melihat imej-imej ini "hidup". Ini kira-kira sebagai kereta lumba pada skrin lebar berbanding gambarnya.

Seseorang, mungkin, akan lebih kagum dengan penggelek dengan embrio Drosophila awal semasa penutupan tulang belakang. Nampaknya ini juga merupakan kisah terkenal yang dieksplorasi jauh dan luas (A. Jacinto et al., 2002. Analisis Dinamik Penutupan Punggung di Drosophila) – tetapi tidak: di depan mata kami adalah sel dengan cadherin yang dicat menandakan kenalan selular yang baru muncul, dan dalam video seterusnya yang sama,tetapi pergerakan sel-sel dengan filamen actin yang dicelup ditunjukkan: di sini mereka merangkak ke arah satu sama lain, sel-sel mengubah bentuk, menebal di satu tempat, gementar, mengambil kedudukan yang tepat … Dan ini bukanlah pembinaan semula, inilah yang terjadi pada protein sel – actin cadgerin – sebenarnya, semasa embriogenesis. Anda boleh menandakan protein dan pengawal selia yang lain dengan tag yang bercahaya – dan sekali lagi melihat dalam masa nyata gambaran dan operasi mereka dalam sel, sama ada peringkat embriogenesis atau proses biologi yang lain. Adalah penting bahawa objek yang dikaji terus hidup di meja subjek.

Di manakah molekul protein microtubule pergi semasa fasa pembahagian sel berturut-turut? – sila tonton video lain. Berikut adalah kromosom yang bergerak, microtubules berkembang, mitokondria berinteraksi dengan retikulum endoplasma. Yang terakhir ini sangat menarik: ia dapat dilihat bagaimana retikulum endoplasma berubah menjadi "tangki" khas (lihat L. Lu, MS Ladinsky, T. Kirchausen, 2009.), dan pergerakan tertentu dapat dikesan mereka dan lain-lain. Tiada graf dan tiada gambar menyampaikan dinamik bertenaga pembahagian sel (Rajah 2).

Rajah. 2 Bingkai dari video yang menunjukkan pembahagian sel: di sebelah kiri – interphase, di sebelah kanan – anaphase. Kromosom (histoni) berwarna coklat ditandai dalam warna lain hujung tumbuh microtubules diberi label, warna mencerminkan kelajuan pertumbuhan mereka. Pada carta Pengedaran halaju sepadan ditunjukkan. Imej dari artikel dalam perbincangan Sains

Rajah. 3 Sel prekursor neutrophil dalam matriks kolagen. Imej dari artikel dalam perbincangan Sains

Beberapa video yang dipersembahkan bukan hanya instruktif, tetapi juga agak lucu: pergerakan infusoria yang ingin tahu jelas kelihatan. Tetrahymena thermophila atau anda dapat melihat bagaimana sel proneutrophil (HL-60) menjadikan jalan penggulungannya, secara literal mengembara melalui gentian kolagen (Rajah 3). Dalam kes pertama, adalah mungkin untuk menganggarkan bilangan rentak flagella dengan tepat, yang penting untuk membandingkan kadar manifestasi biokimia dan fenetik. Contoh kedua adalah lebih relevan: ia adalah model neutrophil, yang diarahkan melalui kain tiga dimensi, diperkaya dengan kolagen, ke kawasan yang dijangkiti.

Tidak mungkin untuk menggambarkan video ini dengan perkataan. Kami hanya boleh memberikan senarai pendek pemerhatian baru, penemuan yang boleh dibuat oleh peralatan baru.Tetapi ia lebih menyerupai iklan mikroskop baru, yang sudah wujud dalam bentuk yang agak kultural dan indah (walaupun dalam bahasa Inggeris). Teks ini mengandungi kata-kata E. Beetzig, yang membenarkan pengkomersilan teknologi baru yang pesat:

Untuk menyesuaikan prototaip berteknologi tinggi bekerja dengan keupayaan moden imej, ia memerlukan usaha yang luar biasa. Pada akhirnya, pengkomersialan adalah langkah terakhir yang diperlukan, yang direka untuk meyakinkan masyarakat saintifik bahawa produk baru membuka prospek penyelidikan yang luas.

(Ia memerlukan prototaip berteknologi tinggi untuk menjadi penerapan teknologi pencitraan yang lebih luas. Pada akhirnya, ini boleh menjadi kesan penting kepada komuniti penyelidikan.)

Sesungguhnya, jelas bahawa mikroskop baru itu sangat menjanjikan, tapi biarkan ia diiklankan oleh Carl Zeiss, yang kini memiliki hak untuk teknik ini. Ia masuk akal untuk hanya ambil perhatian bagaimana mikroskop ini berbeza daripada yang lain.

Rajah. 4 Membahagikan satah cahaya ke dalam sinar individu dan mengimbas objek. Sinaran (biru hijau) berbaring di pesawat yang sama, melalui objek (kelabu), wilayah pengujaan (bintik coklat) mencipta tindak balas neon yang dihantar ke kanta mata. Gambar dari artikel dibincangkan di Sains

Apabila mikroskopi objek hidup, terdapat dua masalah utama. Pertama, untuk mendapatkan imej resolusi tinggi, anda perlu menerangi objek; tetapi semakin tinggi keamatan pencahayaan, semakin cepat objek itu mati. Kedua, untuk mendapatkan imej objek yang mengubah kedudukannya di angkasa, pengiraan diperlukan yang mengambil masa; Ini bermakna bahawa objek yang bergerak lebih cepat, semakin kecil kemungkinannya untuk mendapatkan imejnya dalam resolusi yang baik. Masalah-masalah ini saling berkaitan, kerana resolusi yang baik memerlukan lebih banyak pencahayaan dan, oleh itu, membayangkan jangka hayat yang lebih pendek dari objek yang sedang diteliti di bawah mikroskop. Kedua-dua masalah ini dielakkan dengan menggunakan pesawat ringan yang dicipta oleh sinar Bessel untuk pencahayaan (Rajah 4).

Pencahayaan pesawat ringan digunakan dalam mikroskop neon, tetapi di sini sinar Bessel dicadangkan untuk mikroskop hanya pada tahun 2011 oleh pasukan yang sama Eric Betzig (lihat TA Planchon et al., 2011. Imaging isotropik tiga dimensi yang cepat pencahayaan satah). Sejak itu, peralatan ini telah dipertingkatkan dengan cara khas membahagikan satah cahaya dengan kisi optik ke dalam sinar selari yang berasingan.Setiap rasuk mempunyai keamatan yang lebih rendah dan, dengan itu, menghasilkan kesan merosakkan yang lebih kecil pada sel. Juga mencipta sistem yang membolehkan anda dengan cepat menghasilkan imej objek tersebut. Di sini hubungan antara panjang gelombang yang disebabkan oleh kelajuan getaran sinar dan pelicinan imej yang dihasilkan terlibat. (Untuk maklumat yang lebih tepat tentang teknologi ini, lebih baik merujuk kepada bahan tambahan untuk artikel tersebut.)

Semoga beberapa pembaca Unsur dapat melihat mikroskop yang indah ini. Ini lebih mudah daripada terbang ke Marikh, dan kesannya boleh dibandingkan.

Sumber: Bi-Chang Chen et al. Mikroskopi cahaya lembaran cahaya: Molekul pengimejan kepada embrio pada resolusi spatiotemporal tinggi // Sains. 2014. V. 346. P. 439. DOI: 10.1126 / sains.1257998.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: