Česká republika

Česi vyvinuli mikroskop, aký svet ešte nevidel

Českí vedci vyvinuli nový optický mikroskop, ktorý svojou citlivosťou vysoko prekoná akékoľvek doteraz. Je totiž schopný zachytiť pohyb vo vnútrobunkových štruktúrach zložených iba z niekoľkých molekúl. Umožňuje tak priame pozorovanie zmeny tvarov bielkovín. Nová metóda pomohla lepšie pochopiť fungovanie mikrotubulov, ktoré stoja za základnými biologickými procesmi.

Dalito.sk o úspechu informovala hovorkyňa Strediska spoločných činností Akadémie vied ČR (AV ČR) Markéta Růžičková.

Soubor nových mikroskopických metod představili vědci z Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR a Biotechnologického ústavu AV ČR ve vědeckém časopise Small Methods.


Vědci si kladli za cíl zobrazit a prozkoumat mechanismy dynamických buněčných struktur pomocí vysokorychlostního snímání. Optická mikroskopie nabízí dosud nepřekonané možnosti sledovat změny a funkce základních biologických soustav ve viditelném světle. Vykreslení zobrazených detailů však naráží na omezení optického rozmazání obrazu nazývaného difrakční limit. „Průlomové metody založené na super-rozlišovací mikroskopii laureátů Nobelovy ceny dnes již běžně rozkrývají nanoskopické detaily o poloze určitých biomolekul,“ přibližuje Marek Piliarik z Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR.

„Nahlédnout, jak tyto biomolekuly pracují a jak se mění, ale optická mikroskopie nikdy nedokázala. To jsme změnili a poprvé jsme pozorovali změny tvarů a vzájemných interakcí minimálních shluků bílkovin,” vysvětluje přínos studie.

Nová mikroskopická metoda umožňuje přímé pozorování změny tvaru nanoskopických struktur složených jen z několika molekul, a dokáže tak odhalit molekulární mechanismy skryté hluboko pod rozlišovací schopností optického mikroskopu.


Miliony snímků za sekundu: ultracitlivě, bez značkování

K dosažení této úrovně detailu byla použita ultracitlivá zobrazovací metoda, označovaná jako mikroskopie interferometricky detekovaného rozptylu. Právě tuto metodu před lety poprvé použil jeden ze spoluautorů publikované práce k přímému pozorování jednotlivých proteinů bez použití (fluorescenčních) značek přidaných dodatečně k měřenému vzorku. Tým vědců z uvedených pracovišť Akademie věd nyní posunul možnosti této metody a dokázal přesně změřit nejenom polohu krátkých řetízků bílkovin, ale i jejich okamžitý tvar.

„Věřím, že naše metoda otevře celou škálu nových aplikací podobných super-rozlišovací mikroskopii, které ale nebudou vyžadovat světlo z fluorescenčních značek. Namísto toho rozpozná různé tvary a formace nepozměněných proteinových struktur,” představuje svou vizi Marek Piliarik.


Tato metoda je schopná neinvazivního zobrazování řádově až s milionem snímků za sekundu, vidíme její velký potenciál stát se oknem k pochopení nitrobuněčných mechanismů a velkou příležitostí pro celou optickou mikroskopii.

Nové metody vědci využili k popsání změn souvisejících s rozpadem buněčné kostry mikrotubulů. „Skutečnost, že jsme dokázali sledovat proměny tvaru malých shluků bílkovin těsně předtím, než se rozpadnou, nás ohromila,“ přibližuje Milan Vala z Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, jeden z autorů publikované práce.

„Když si navíc uvědomíme, že tato metoda je schopná neinvazivního zobrazování řádově až s milionem snímků za sekundu, vidíme její velký potenciál stát se oknem k pochopení nitrobuněčných mechanismů a velkou příležitostí pro celou optickou mikroskopii,” upozorňuje Milan Vala.

Jedinečné mikrotubuly


Mikrotubuly jsou mimořádně proměnlivé buněčné struktury, které samovolně, opakovaně a velmi rychle rostou a zkracují se, a tím plní svou funkci v životadárných procesech, jako je dělení nebo pohyb buněk. Na konečcích rozpadajících se mikrotubulů byly ve statických obrázcích z elektronového mikroskopu již před desítkami let objeveny zakřivené, pouhé nanometry velké struktury. Protože však nebylo možné přímo sledovat vznik těchto bílkovinových formací v reálném čase, hlubší souvislosti mechanismů řídících rozpad mikrotubulů se změnami a dynamikou jednotlivých bílkovin setrvávaly dosud v rovině hypotéz a modelů.

Unikátní rozlišení této metody nám umožňuje lépe pochopit dynamické změny ve struktuře mikrotubulů, které stojí v pozadí základních biologických procesů, jako je buněčné dělení.

Nová práce nyní ukazuje, jak je možné měřit drobné odchylky ve vlastnostech světla rozptýleného na strukturách složených z pouhých několika molekul a z nich dokonce rozlišit jejich okamžitý tvar (konformaci). Vědci tak byli schopni zachytit poměrně detailní choreografii, četnost a velikost výchylek těchto proměnlivých struktur v prostoru i čase. Zdeněk Lánský z Biotechnologického ústavu AV ČR zdůrazňuje biologický aspekt této práce: „Unikátní rozlišení této metody nám umožňuje lépe pochopit dynamické změny ve struktuře mikrotubulů – až donedávna nezachytitelných mechanismů, které stojí v pozadí základních biologických procesů, jako je buněčné dělení.”

(Ak vás tento článok zaujal, redakcii Dalito.sk môžete darovať kávu)


Komentáre (0)

Vaša reakcia

Vaša emailová adresa nebude zverejnená. Povinné polia sú označené *