Uudne mikroskoop kergitab rakkudelt salapärasuse loori ({{contentCtrl.commentsTotal}})

Skylan-NS-Lifeact (roheline) ja mCherry-aktiniin (lilla) COS-7 rakus.
Skylan-NS-Lifeact (roheline) ja mCherry-aktiniin (lilla) COS-7 rakus. Autor/allikas: Li et al./Science

Tänapäeva mikroskoobid on piisavalt võimsad, et näha isegi üksikuid aatomeid. Elusate rakkude sarnase lahutusvõimega pildile püüdmine neid seejuures kahjustamata on osutunud aga suuremaks väljakutseks. Nobeli võitja Eric Betzigi töörühm esitleb nüüd kahte meetodit, mille abil vändatavatel filmilõikudel võib eristada nähtava valguse lainepikkusest kuni kuus korda väiksemaid detaile.

Ajakirjas Science kirjeldavate mikroskoopide peamine võlu ei peitu Betzigi sõnul nende poolt pakutavas resolutsioonis. „Inimestel on kalduvus keskenduda nende headuse üle otsustamisel ruumilise lahutusvõimele, mille tõttu on uurimissuund, millele meie töö toetub, jäänud viimastel aastatel tähelepanuta. Ent kui ruumiline resolutsioon oleks olnud ainus asi, mis loeb, oleks teadlased juba ammu pärast elektronmikroskoopide tulekut käed rüppe lasknud,“ märkis füüsik ERR Novaatorile.

Tavapäraste valgusmikroskoopide maksimaalsel lahutusvõimel on kindel piir. Selgelt on võimalik näha vaid pisiasju, mille läbimõõt on nende pildile püüdmiseks kasutatava valguse lainepikkusest kaks korda väiksem. Nähtava valguse puhul on selleks ligikaudu 200 nanomeetrit. Mida väiksem on aga valguse lainepikkus, seda rohkem see elusorganisme kahjustab. Suur osa bioloogilistest ja rakkudes toimuvatest protsessidest oleks seeläbi klassikalisi lahendusi kasutades hoomamatud.

Füüsikud on suutnud erinevate trikkidega piirangutest mööda hiilida – lahendused kannavad nimesid nagu PALM (ühe molekuli fluorestsentsil põhinevat laiaväljalist mikroskoopia ) ja STED (skaneeriv konfokaalmikroskoopia). Mõlema meetodi abil on võimalik vaevata pildile püüda isegi 30-nanomeetrise läbimõõduga peensusi – maksimaalne lahutusvõime on kordades kõrgem.

„Lisaks on olemas veel struktureeritud valguse mikroskoopia ehk SIM, mille lahutusvõime jääb küll tavaliselt üle saja nanomeetri, kuid samas on see teistest meetoditest 50-100 korda kiirem ja selleks läheb sõltuvalt täpsest rakendust tarvis sada kuni miljard korda vähem valgust. Rakud said kunagi sellises keskkonnas areneda,“ sõnas Betzig. Seeläbi on SIM-ist elusrakkude ja loomulike rakusiseste protsesside uurimisel isegi rohkem kasu kui kõrgema lahutusvõimega meetoditest.

Tavapärase SIM-i puhul valgustatakse uuritavat materjali valgusmustritega, mis meenutavad ribakoodi. Näidist mitmete erinevate valgusvõrgustikega valgustades tekivad moiré interferentsimustrid, mida on võimalik jäädvustada digitaalkaameratega erinevate nurkade alt. Kogutud andmeid arvutiga töödeldes saab seejärel rekonstrueerida uuritavast näidisest kolmemõõtmelise kujutise, mille detailide lahutusvõime on umbes kaks korda parem kui klassikaliste valgusmikroskoopidega saavutatav.

Betzigi töörühm suutis lahutusvõimet parandada kahe nipiga. Esiteks kasutas Betzig kolleegidega rohkem valgust koguda suutvat ehk kõrgema apertuurarvuga läätse – („Meil ei ole lihtsate lahenduste kasutamise vastu midagi ja see lääts juhtus lihtsalt äsja turule tulema“) – ja teiseks laenas ta STED-ist ja PALM-ist tuttavaid lahendusi neid veidi täiustades. Täpsemalt kasutas töörühm selleks rakku viidud valke, mis hakkavad teatud lainepikkusega valguse pommitades sobivalt helenduma. Teise lainepikkusega valguse mõjul helendumine lõpeb.

„Tüüpiliselt on inimesed kõik need fluorestseeruvad molekulid korraga teatud piirkonnas aktiivseks muutnud ja seejärel peaaegu kõik välja lülitanud peale nende, mis sobiva valgusmustri annavad – näiteks valgussõõriku. Kuid iga kord, kui sa nende seisundit muudad, leidub võimalus, et kahjustad molekuli jäädavalt, rääkimata selleks kuluvast ajast,“ selgitas Betzig. Värskes töös kasutas ta kolleegidega kindla struktuuriga valguskiirt juba molekulide aktiivseks muutmiseks. Seda teise valgusmustriga abil lugedes oligi võimalik senist lahutusvõimet oluliselt parandada.

Kõrgema apertuurarvuga läätsega tehtud ülesvõtetel oli võimalik eristada kuni 84-nanomeetrise läbimõõduga detaile. Teise meetodi abil aga peensusi, mille läbimõõt jäi 62 nanomeetri piirile.

„Taolise lahutusvõimega saad jälgida juba rakkudes samaaegselt toimuvaid protsesse, näiteks erinevate signaal- ja rakutranspordis osalevate molekulide liikumist ja endotsütoosi,“ märkis füüsik. Protsessi on uuritud eelnevalt nii elektronmikroskoopide kui valgusmikroskoopia meetoditega, kuid need võimaldasid ülevaate saada, kas selles osalevate molekulide kujust või kontsentratsioonist erinevates raku osades ja liikumisest, kuid mitte mõlemat korraga

Betzigi hinnangul on uusi mikroskoope võimalik kasutada vähemalt sama lihtsalt, kui teisi ülikõrge lahutusvõimega mikroskoope. Kõrge apertuurarvuga läätse kasutav seade on füüsiku arvates isegi üks kõige lihtsamaid, mis ta on kunagi ehitanud. „Ma usun, et ei lähe enam kaua, kui lahendusi teistes laborites näeb, kuna täiustused on tegelikult küllaltki odavad ja lihtsad. Lisaks on enamik SIM-iga seonduvatest asjadest veel patentidega kaitsmata,“ märkis Betzig.

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: