Технологија

Визуелизација на „невидливите“

Ве одушевила ли некогаш слика од вирус или бактерија или пак детална микроскопска слика од материјалот од кој е направена вашата облека?

Микроскоп е оптички инструмент кој се состои од леќи со кои се овозможува визуелизација на живи и неживи материи кои не се видливи со голо око како и зголемување на одредени детали на некој предмет или жива материја.

Оваа направа датира уште од 16-тиот век во многу поинаква форма од микроскопите кои ги имаме денес. Најпримитивниот микроскоп може да овозможи деталност на еден објект со 5-9х пати зголемување, додека еден лабораториски микроскоп може да зголеми еден предмет до 100 пати.
Микроскопите користат радијација во форма на светлосни или електронски зраци со цел подетално да се види еден објект (пр. биолошки примероци, материјали, кристални структури итн.), во спротивност човековото око не би можело да ги види тие детали без ваквата помош. Едни од посовремените микроскопи се електронските микроскопи кои користат сноп од забрзани електрони наместо светлосни зраци (Слика 1).

Слика 1
Слика 1. Дијаграм со разлики помеѓу два вида на микроскопи кои користат различни извори за илуминација (осветлување). Микроскоп кој користи светлосни зраци (лево) и микроскоп кој користи сноп од забрзани електрони (десно) за магнификација (зголемување) на одреден примерок. (превземена и едитирана од http://www.ivyroses.com/Biology/Techniques/light-microscope-vs-electron-microscope.php)

Микроскопијата наоѓа голема примена во повеќе области. Елекстонските микроскопи се најкористени во областите на медицинската биологија и нанотехнологијата. Во оваа статија ќе погледнеме повеќе во областа на микробиологијата и нанотехнологијата.

Откривање на механизмот на уништување на бактериите од страна на антибиотиците

При секое откривање на активен антибиотик треба да се прикаже механизмот на акција преку кој антибиотикот ги елиминира бактериите. За ова потребни се голем број на анализи, а во склоп на истите, пожелни се и слики од физичката состојба на бактеријата после третманот со антибиотикот. Како што би кажала кинеската поговорка — “една слика вреди стотици зборови”. На Слика 2 е прикажана бактеријата Ешерихија коли (E.coli) со различна магнификација и резолуција користејќи два вида микроскопи. Целта на истражувањето од кое се земени сликите е да се покаже дека можат да се видат екстремни промени на мембраната на оваа бактерија или уништување на мемебраната после третманот со нов вид на антибиотик (Слика 2Б). Овие промени не можат да се видат доколку би се користел само светлосен микроскоп (Слика 2А).

Слика 2
Слика 2. Слики на бактеријата Ешерихија коли (E. coli) направени со два вида на микроскоп кои имаат различна магнификација. А) Оптички микроскоп, 100х магнификација (зголемување), резолуција околу 200 нм. Б) Електронски микроскоп, подетални слики (20,000х магнификација) од Ешерихија коли со непроменета мембрана и после третман со антибиотик со промени во мембраната (сликите се сопственост на авторот Б. Мојсоска).

Наноматеријали и флуоресцентна микроскопија

Во повеќето истражувања еден примерок може да се обои со специјални флуоресцентни бои за да се зголеми контрастот на примерокот и да се подобри визуелизацијата. На пример, супстанцата Nile Red се користи за обојување на синтетички наноматеријали (Слика 3).

Слика 3
Слика 3. Флуоресцентна микроскопија на пептоид наноматеријал обележан со бојата Nile Red микрометарска резолуција (сликите се сопственост на авторот Б. Мојсоска).

Во молекуларната биологија се користат различни флуоресцентни молекули (пр. флуоресцентни антитела) како протеини или елементи, со кои може специфично да се визуелизираат одредени протеини или други молекули кои би се наоѓале само на клеточната мембрана или слично. Молекулите се флуоросцентни бидејќи се сврзани со флуорофор, супстанца која емитува светлина со одредена бранова должина откако е првично осветлена. Ако се користат повеќе флуоресцентни молекули, тогаш при осветлување со светлина со различни бранови должини, две или повеќе слики се добиваат и доколку се поклопат се гледа ко-локализација (меѓусебната поставеност) на одредени клеточни структури. На пример, на Слика 4 протеинот кавеолин (Cav) е “обоен“ црвен со помош на антитела кои специфично го препознаваат само овој протеин и го лоцираат во клетката. Со зелено е “обоен“ вирус со кој е инфектирана човечката клетка. Со поклопување на двете слики може да се види дали местото на овој вирус во клетката е онаму каде што се наоѓа протеинот кавеолин. Оваа информација понатаму може да се искористи да се одреди функцијата на овој протеин при специфична вирусна инфекција.

Слика 4
Слика 4. Слики добиени со флуоресцентен светлосен микроскоп. Сликите се направени од човечка клетка, третирана со различни флуоресцентни антитела со кои се врзуваат со одредени структури од интерес. На овие слики визуелизирани се следниве структури: вирус (зелено) и протеинот кавеолин (црвено). Кога сликите ќе се поклопат може да се види дали вирусот се наоѓа на истото место каде што е локализиран протеинот [1].

Развојот на технологијата која стои зад електронската микрскопија продолжува да нè изненадува. Затоа за крај ќе ве оставам да уживате во најновата слика, што се појави пред само неколку месеци, направена со “двобојна“ електронска микроскопија. Оваа нова технологија овозможува локализирање на одредени клеточни елементи во слики добиени со електронски микроскоп (Слика 5). Во ова истражување научниците визуелизирањето на одредени структури го направиле користејќи локална депозиција на псевдо-лантаниди (метали, пр. Цериум (Се) и Прасеодимиум (Рr)). Слика добиена со обичен електронски микроскоп е поклопена со слика добиена после обојувањето со лантанидите. Овој најнов развој во електронската микроскопија ќе ни овозможи подетално разбирање на клеточната инфраструктура како и функцијата на повеќето протеини. Ќе ни овозможи и визуелизирање на специфични клеточни структури и нивната локација со повисока резолуција во споредба со светлосната флуоресцентна микроскопија.

Слика 5
Слика 5. Детален преглед на биолошки структури со двобојна електронска микроскопија. Зелената боја е добиена со локална депозиција на металот Цериум (Се), а црвената со Прасеодимиум (Pr). Одреден протеин е визуелизиран при врзувањето со Цериум и на сликата се забележува дека овој протеин е локализиран во мулти-везикуларни тела, а не распространет во цитоплазмата [2].

Нови термини:

Флуорофор – претставува флуоресцентна хемиска молекула која има способност да емитува светлина со одредена бранова должина кога пи-врските (π bonds) помеѓу ароматските хемиски групи во молекулата абсорбираат енергија од надворешна светлина


  1. Rasmussen, I. and F. Vilhardt, Macropinocytosis is the entry mechanism of amphotropic murine leukemia virus. J Virol, 2015. 89(3): p. 1851–66. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25428868  ↩
  2. Adams, S.R., et al., Multicolor Electron Microscopy for Simultaneous Visualization of Multiple Molecular Species. Cell Chem Biol, 2016. 23(11): p. 1417–1427.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27818300  ↩

Слични статии

Претходен написи
Амген стипендии
Следен напис
Борбата против развојот на бактериските резистенции

Напишете коментар

Вашата адреса за е-пошта нема да биде објавена. Задолжителните полиња се означени со *

Пополнете го ова поле
Пополнете го ова поле
Ве молам, внесете валидна адреса за е-пошта.

Мени

Споделете со пријателите