Naukowcy opracowują formułę badania "nanokosmosu" komórek
Naukowcy z Instytutu im. Maksa Plancka opracowali nową formułę, umożliwiającą zredukowanie rozdzielczości mikroskopów świetlnych do 15 nanometrów. Nowa formuła obala poprzednią, opartą na założeniu, że rozdzielczość optyczna jest niemożliwa poniżej 200 nanometrów. Zdaniem naukowców nowa formuła może ukazać istotę działania "nanokosmosu" komórek. Od chwili wynalezienia w XVII wieku, mikroskop świetlny stał się kluczem do nowych odkryć w dziedzinie biologii i medycyny. Jednak światło, rozpraszające się jako fala, ulega dyfrakcji, co ogranicza rozdzielczość obiektu pod mikroskopem. To zjawisko ograniczenia rozdzielczości zostało po raz pierwszy opisane w 1873 r. przez niemieckiego fizyka Ernsta Abbego, który zauważył, że struktury znajdujące się od siebie w odległości mniejszej niż 200 nm nie mogą być wizualnie oddzielone podczas obserwacji z zastosowaniem widocznego światła. Oglądane przez mikroskop optyczny są one postrzegane jako zamazany, pojedynczy obiekt. Rozpoznana przez fizyka ograniczona rozdzielczość mikroskopów świetlnych była przez długi czas uważana za niezmienne prawo w odwzorowaniu świetlnym przy dużej odległości od źródła światła. Uzyskanie wyższej rozdzielczości wymagało zastosowania mikroskopu elektronowego. Wszystko to zmieniło się kilka lat temu, kiedy naukowcy z wydziału nanobiofotoniki Instytutu Chemii Biofizycznej im. Maksa Plancka w Getyndze opracowali technikę znaną jako mikroskopia STED (stymulowanego zmniejszenia emisji), która, ich zdaniem, pozwala przekroczyć granicę rozdzielczości Abbego. Stosuje się w niej dwa zachodzące na siebie promienie laserowe. W celu zmniejszenia plamy fluorescencyjnej naukowcy stosują promień światła, aby pobudzić fluorescencyjne barwniki dołączone do próbki białka. Zanim pobudzone molekuły zaczną fluoryzować w świetle, zastosowany zostaje drugi mniejszy promień, który zachodzi na pierwszy i zmusza molekuły na zewnętrznej krawędzi promienia do zmniejszenia aktywności. Innymi słowy, molekuły w wyraźnie mniejszej plamie fluorescencyjnej w centrum pierścienia światła są nadal pobudzone i fluoryzują. W kwietniu zespół badawczy z Getyngi zweryfikował wspomniane nowe prawo przeprowadzając eksperymenty polegające na wizualizacji białka synaptotagminy, które jest wbudowane w błony pojedynczych pęcherzyków w komórkach. Pęcherzyki to "bąbelki" błon o średnicy około 40 nm, wypełnione neuroprzenośnikami, które transportują chemiczne molekuły informacyjne do synaps, punktów kontaktowych między komórkami nerwowymi, umożliwiając przekazywanie sygnałów nerwowych między komórkami. Ich zawartość zostaje uwolniona w synapsie, kiedy błony pęcherzyków łączą się z błoną komórki nerwowej. Wcześniej niejasne było, czy białka zgromadzone w błonie pęcherzyków rozchodziły się po błonie komórki po połączeniu, czy też pozostawały razem umiejscowione w płacie błony, który wcześniej tworzył pęcherzyk. Zastosowanie mikroskopii STED pozwoliło naukowcom wykazać, że molekuły synaptotagminy pojedynczego pęcherzyka pozostają razem po połączeniu. Ostatnie eksperymenty, których wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie "Proceedings of the National Academy of Sciences", wykazały teraz, że technika STED może pozwolić na osiągnięcie tak niskiej rozdzielczości, jak 15 nm. Oczekuje się, że możliwość oglądania komórek w takiej nanoskali wpłynie na lepsze zrozumienie skomplikowanego funkcjonowania komórek. Formuła ta rzuci światło na przykład na funkcjonowanie białek, które ze względu na ich rozmiary od 2 do 20 nanometrów były do tej pory zbyt małe do obserwacji. Jednak według profesora Stefana Hella, "cały potencjał techniki STED nadal nie został w pełni wykorzystany". Uważa on, że rozdzielczość na poziomie wielkości molekuły barwnika jest wyobrażalna - odpowiada to ostrości jednego lub dwóch nanometrów.
Kraje
Niemcy