8.11.2016 06:45 | Správy

Odporúčame Prvé farebné snímky z elektrónového mikroskopu

ultramikrosvet

Ide o kľúčový pokrok pre vedu i medicínu.

Elektrónové mikroskopy zobrazujú objekty až po úroveň vnútrobunkových mikroštruktúr a veľkých molekúl. Dosiaľ však iba takpovediac v „päťdesiatich odtieňoch sivej“. Po takmer 15 rokoch práce sa konečne podarilo vyvinúť viacfarebné snímky. Výskum viedli Mark Ellisman a nedávno zosnulý nositeľ Nobelovej ceny za chémiu Roger Tsien, obaja z Kalifornskej univerzity v San Diegu (UCSD).

Výsledky uverejnili s ôsmimi kolegami v časopise Cell Chemical Biology. Komuniké vydalo aj vydavateľstvo tohto časopisu, Cell Press.

Dve mozgové bunky, konkrétne astrocyty, prepojené synapsou (zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016) fotogaléria / 4
Dve mozgové bunky, konkrétne astrocyty, prepojené synapsou (zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016) Zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016

Elektróny verzus fotóny

Špičkový transmisný elektrónový mikroskop umožňuje až desaťmiliónnásobné zväčšenie skúmaného objektu. Zdrojom osvetlenia sú zrýchľované elektróny. Ak si to porovnáme s bežným svetelným mikroskopom, ten ponúka nanajvýš dvojtisícnásobné zväčšenie.

Príčinou vyššej rozlišovacej schopnosti elektrónov je fakt, že môžu mať oveľa menšiu vlnovú dĺžku – až približne stotisíckrát – ako fotóny viditeľného svetla.

„Farby“ elektrónov

Na prvých snímkach sú membrány a synapsové spoje mozgových buniek. Metóda kombinuje zatiaľ tri farby, zelenú, červenú a žltú. Spočíva v zachytení a meraní energie elektrónov z atómov ionizovaných kovov nastriekaných na vzorku lantánu, céru a prazeodýmu.

zdroj: Graczyketal, Sci. Transl. Med.
Čítajte aj Bionická ruka zo Star Wars bude čoskoro realitou

„Trochu to pripomína situáciu, keď by ste prvý raz uvideli farebnú fotografiu, predtým zvyknutí iba na čiernobiele. Posledných zhruba 50 rokov sme boli takto zvyknutí na monochrómnu elektrónovú mikrografiu. Teraz si už len ťažko dokážeme predstaviť, že by sa tie časy vrátili,“ povedal člen tímu Stephen Adams, takisto z UCSD.

Výskumník dodal: „Naša metóda má veľa možných využití v biológii; v novej štúdii sme preukázali, ako umožňuje rozlíšiť jednotlivé časti bunky alebo sledovať bielkoviny a označkované bunky,“

Detail na zdieľanie tej istej synapsy dvojicou astrocytov z predchádzajúcej snímky (zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016) fotogaléria / 4
Detail na zdieľanie tej istej synapsy dvojicou astrocytov z predchádzajúcej snímky (zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016) Zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016

Štyri roky čakania

„Mohli sme to vlastne uverejniť oveľa skôr, lebo chemickú a prístrojovo-konštrukčnú väčšinu výskumu sme mali hotovú už pred štyrmi rokmi. Najprv sme ale museli nájsť spôsob, ako postupne uložiť kovy na vzorku tak, aby spolu nereagovali,“ vysvetlil Mark Ellisman.

Akonáhle to tím zvládol, účinnosť viacfarebnej elektrónovej mikroskopie názorne ukázala snímka dvoch mozgových buniek, astrocytov, zdieľajúcich synapsu. Zobrazili aj prechod peptidov – bielkovín s krátkymi aminokyselinovými reťazcami – bunkovou membránou.

Endozómové pohlcovanie peptidov. Endozómy sú špeciálnou membránou ohraničené časti vnútra eukaryotických buniek čiže buniek s jadrom, z akých sa skladá aj ľudské telo (zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016) fotogaléria / 4
Endozómové pohlcovanie peptidov. Endozómy sú špeciálnou membránou ohraničené časti vnútra eukaryotických buniek čiže buniek s jadrom, z akých sa skladá aj ľudské telo (zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016) Zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016

Farebná elektrónová mikroskopia pripomína bežnú fluoroscenčnú mikroskopiu, pri ktorej sa zachytáva farebné svetlo vyžiarené svetielkujúcimi bielkovinami, ktorými je označkovaná určitá biologická vzorka. Elektrónová mikroskopia je ale bezkonkurenčne detailnejšia.

Zobrazenie dvoch bunkových štruktúr: Golgiovho aparátu, ktorý „balí“ bielkoviny do membránou ohraničených vačkov, následne putujúcich na potrebné miesto v bunke, a bunkovej membrány (zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016) fotogaléria / 4
Zobrazenie dvoch bunkových štruktúr: Golgiovho aparátu, ktorý „balí“ bielkoviny do membránou ohraničených vačkov, následne putujúcich na potrebné miesto v bunke, a bunkovej membrány (zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016) Zdroj: S. Adams et al./Cell Chemical Biology 2016

Do hlbín bunky

V aguste nečakane zosnulý Roger Tsien dostal chemickú Nobelovu cenu za objav a využitie zelenej svetielkujúcej bielkoviny v biochemickom zobrazovaní. Zdieľal ju s japonským organickým chemikom Osamuom Šimomurom a americkým neurobiológom Martinom Chalfieom.

Vytlačený neodýmový magnet (zdroj: Oak Ridge National Laboratory)
Čítajte aj Magnety z 3D tlačiarne sú lepšie ako konvenčné

„Jednou z tém, ktoré sa prelínali celou Rogerovou prácou, bola túžba nazrieť hlbšie do fungovania bunky. Pomocou fluoroscenčných metód, ktoré zaviedol, to dokázal v živých bunkách. Vytvoril doslova akčné filmy, zachytávajúce bunky v jasných farbách. Vždy sa však chcel pozerať takpovediac ešte viac zblízka. Zanechal nám základy metódy, ktorou môžeme pridávať ďalšie farby k elektrónovej mikroskopii,“ uzavrel Stephen Adams.

Pozrite si aj technológie, ktoré zmenili naše životy:

Diskusia 1 Príspevkov