Новий мікроскоп FEI Scios зможе заглянути всередину клітин з високою роздільною здатністю

Nanofabrication Cleanroom Facility (Nano3) при Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго є першим закладом, який обзаведеться новітнім двухпроменевим мікроскопом FEI Scios з адаптацією для використання при кріогенних температурах. Новий мікроскоп стане в нагоді в дослідженнях різних сфер науки, від матеріалознавства до структурної та молекулярної біології.

Новий мікроскоп FEI Scios зможе заглянути всередину клітин з високою роздільною здатністю.

Технічний директор Nano3 Бернд Фрубергер пояснює: Існує величезний інтерес до використання цього інструменту серед самих різних підрозділів Каліфорнійського університету. Відділи наноінженерії, матеріалознавства та аерокосмічної техніки, електротехніки та обчислювальної техніки, хімії, фізики, біології – всі вони потребують в цьому інструменті і брали активну участь у втіленні його в реальність.

Цей інструмент надає передові можливості для крос-секціонування, підготовки ділянок для просвічування електронної мікроскопії і більше того. Але що дійсно відрізняє його від інших, це нова можливість працювати в кріогенних умовах, що дозволить клітинним біологам побачити структури біологічних клітин в більш високій роздільнй здатності і краще зрозуміти, як клітини функціонують на молекулярному рівні. Можливо, це прокладе шлях для нових методів лікування і нових лікарських препаратів.

Елізабет Вілла, новий доцент кафедри хімії та біохімії в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго, разом з її колегами в Інституті біохімії Макса Планка (в Німеччині) адаптувала мікроскоп на основі сфокусованого іонного пучка для біологічних досліджень. Конструкцію прийняла голландська компанія FEI і втілила в першому прототипі мікроскопа, який Вілла надалі розробляла в Каліфорнійському університеті спільно з компанією.

Вілла зазначає, що Каліфорнійський університет в Сан-Дієго встановив академічну традицію в галузі молекулярної візуалізації – не в останню чергу завдяки роботі біохіміка Роджера Тсиена. Тсиен отримав Нобелівську премію з хімії 2008 року за відкриття і розробку зеленого флуоресцентного білка, який зробив революцію у сферах клітинної біології та нейробіології, дозволивши вченим заглянути всередину живої клітини і спостерігати за їх поведінкою в режимі реального часу.

Я займаюся схожим, – пояснює Вілла, – тільки використовую електронну мікроскопію, яка дає нам зображення з більш високою роздільною здатністю. Ідея нашого методу полягає в об’єднанні людей, які займаються структурної біологією, з людьми, які займаються біологією клітини, використовуючи новий інструмент, який дозволить нам побачити структуру клітин з високою роздільною здатністю і краще зрозуміти, що роблять молекули.

Щоб пояснити різницю між світловою мікроскопією (з якою працював Тсиен) і її електронною мікроскопією, Вілла використовує метафору.

Світлова мікроскопія – це роздати ліхтарі купі людей в місті. Ви можете бачити, де ці люди, але не знаєте, що відбувається навколо них. З електронною мікроскопією можна побачити людей з ліхтарями (молекули клітини) і будівлі міста (структуру клітини).

Але у електронній мікроскопії є і зворотна сторона медалі. Традиційно, щоб стати видимими, клітини повинні бути заздалегідь підготовлені допомогою сушки і фарбування товстим шаром фарби. Тим не менш більшість клітин занадто товсті, щоб їх можна було вивчити таким чином, і саме тут у гру вступає інструмент Scios. Він дозволить Віллі зменшити товщину клітин до необхідної для електронної мікроскопії – порядку декількох десятих мікрона – без створення будь-яких перешкод і спотворень і з збереженням кріогенних температур (температури рідкого азоту, як правило).

Є люди наче професора нейронауки Марка Эллисмана – які проводять чудову роботу, проектуючи і використовуючи плями з фарбою, але якщо ваша мета полягає в отриманні зображень клітини у високій роздільній здатності, де стоїть питання у визначенні структурних деталей, ви хочете уникнути нанесення додаткового шару фарби поверх. Це як якщо б ви нанесли на обличчя шар фарби, а потім намагалися підрахувати, скільки вій у вас є.

Вілла порівнює процес вивчення клітини при кріогенних температурах з «швидкої заморожуванням» клітинного «міста» з її попередньої метафори.

Все в клітці замерзає в тому положенні, в якому було, тому ми отримуємо найкращий вигляд. Серед того, що я вивчала, були комплекси ядерних пор, які є придверних ядер. Вони утримують ДНК всередині ядра і подалі від інших частин клітини. Немає сенсу діставати його з клітки для вивчення, тому для нас важливо заморозити його на місці.

З методами кріо-електронної томографії ми можемо створювати тривимірні знімки клітин – томограми. Те, чим я займаюся, точно еквівалентно комп’ютерної томографії, за винятком того, що клітини в мільйон разів менше. Ми можемо зробити ці знімки в 3D і розглянути на StarCAVE або NextCAVE (в інституті Qualcomm), збільшені в кольорі, добре зрозумівши, що відбувається.

Вілла додає, що ще однією перевагою кріо-електронної мікроскопії є можливість вивести клітинну динаміку з плином часу – так звану ергодичність. Вона може подивитися на 3000 ядерних пір, заморожених в різний час, щоб вивести клітинну динаміку, класифікувати всю цю інформацію, а потім зробити прогнози. Потім вона може провести експеримент зі світловою мікроскопією в природних умовах (за участю живої клітини) і порівняти отримані дані з прогнозами і попереднім аналізом.

Вілла зазначає, що використання подвійного променя Scios для нанообработки біологічного матеріалу, на її погляд, це викрадення інструменту, які матеріалознавці використовують весь час для нанофабрикації матеріалів.

Мікроскоп Scios сприятиме вивченню нейродегенеративних захворювань, а також досліджень, що стосуються раку і серцевих захворювань.

Радимо прочитати нову статтю Samsung: флагман під управлінням ОС Tizen вийде вже в третьому кварталі, в ній ви знайдете багато цікавої інформації.

Різного роду обурення або фенотип, пов’язані з хворобами чи процесом одужання, можна досліджувати з мікроскопом Scios. Важливо відзначити, що це тільки перший крок, але він приведе нас до дуже цікаве місце: адже ми хочемо побачити молекулярні структури в їхньому природному зв’язку. Від рівня клітини до всього організму.

Напишіть відгук

Ваша пошт@ не публікуватиметься. Обов’язкові поля позначені *

*

Можна використовувати XHTML теґи та атрибути: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>