|
|
 |
Κοιτάζοντας καλύτερα
|
|
|
|
|
|
|
Καθισμένος μπροστά από τον προσωπικό υπολογιστή του, o Orion Weiner, του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Φρανσίσκο (UCSF), παρακολουθεί την καταγραμμένη κίνηση ενός ανοσοκυττάρου που χαρακτηρίζεται ουδετερόφιλο. Η καταγραφή αυτή, η οποία προέκυψε από ένα συμβατικό οπτικό μικροσκόπιο, αποκαλύπτει μια ασαφή «εμπροσθοφυλακή» πρωτεϊνών που οδηγούν το ουδετερόφιλο. Σε μια δεύτερη καταγραφή όμως, η οποία δημιουργήθηκε με ένα πιο προηγμένο μικροσκόπιο φθορισμού στηριζόμενο στην ολική ανάκλαση του φωτός (TIRF), η εμπροσθοφυλακή των πρωτεϊνών δεν εμφανίζεται πλέον ως ένα σταθερό μέτωπο, αλλά περισσότερο ως ένα κύμα μεμονωμένων πρωτεϊνών, οι οποίες διαδίδονται όπως οι κυματισμοί που προκαλεί ένα βότσαλο στην επιφάνεια του νερού.
Ο Weiner ποτέ δεν περίμενε να ανακαλύψει αυτή την κυματοειδή κίνηση, και μέχρι πρόσφατα δεν θα είχε καν τη δυνατότητα να τη συλλάβει οπτικά χρησιμοποιώντας κάποιο οπτικό μικροσκόπιο. Αλλά ακόμα και τώρα που υπάρχει η τεχνολογία για να γίνει κάτι τέτοιο, η χρήση τόσο προηγμένων μηχανημάτων περιορίζεται ουσιαστικά στους λίγους και τυχερούς. Ωστόσο, στο UCSF εξευρέθη ένα σχέδιο για να αλλάξει αυτή η κατάσταση.
Ο Weiner είναι ένας από τους πολλούς ερευνητές που θα ωφεληθούν από το Κέντρο Απεικόνισης Nikon του UCSF, το οποίο ιδρύθηκε το περασμένο φθινόπωρο και ασχολείται με προηγμένη οπτική μικροσκοπία. Το κέντρο, που προέκυψε από τη συνεργασία τού UCSF, του Ινστιτούτου Ποσοτικής Βιολογίας της Καλιφόρνιας (QB3) και της Nikon Instruments, έχει ως στόχο την προώθηση τόσο των βιολογικών ανακαλύψεων όσο και της συνεχούς βελτίωσης των τεχνολογιών μικροσκοπίας, παρέχει δε για χρήση 6 τελευταίας τεχνολογίας οπτικά μικροσκόπια σε ένα ευρύ φάσμα διδακτικού και ερευνητικού προσωπικού, μεταδιδακτορικών και μεταπτυχιακών φοιτητών.
Επί πολλές δεκαετίες, οι περιορισμοί της συμβατικής οπτικής μικροσκοπίας στη διακριτική ικανότητα και ανίχνευση την κατέστησαν απρόσφορη για πολλούς τομείς της ποσοτικής βιολογίας. Έτσι, για τη διερεύνηση δομής σε νανομετρική κλίμακα, οι επιστήμονες στράφηκαν σε τεχνικές υψηλής ανάλυσης, όπως η ηλεκτρονική μικροσκοπία. Για να ποσοτικοποιήσουν δε την παρουσία συγκεκριμένων μορίων σε δείγματα, διαχώρισαν πολλά κύτταρα και υπολόγισαν τον μέσο όρο των ποσοτήτων των εν λόγω συστατικών.
Αυτό που έλειπε, ωστόσο, ήταν η δυνατότητα να δει κανείς τον τρόπο με τον οποίο συνεργάζονται όλα τα τμήματα του κυττάρου. «Παραδοσιακά, τα εργαλεία της βιοχημείας είναι δοκιμαστικοί σωλήνες με ιδανικά καθαρές πρωτεΐνες», αναφέρει ο Ron Vale, βιολόγος τού UCSF που έχει επί μακρόν ενσωματώσει μικροσκοπία τελευταίας τεχνολογίας στην έρευνά του. «Κοιτώντας προς το μέλλον, θα επιθυμούσαμε να κατανοήσουμε τη βιοχημεία ―τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα, τις πρωτεΐνες που προκύπτουν από άλλες, και πώς όλα αυτά συμβαίνουν μέσα στην πολυπλοκότητα ενός κυττάρου το οποίο περιέχει 10.000 διαφορετικές πρωτεΐνες.»
Τα 6 μικροσκόπια του QB3 επιτυγχάνουν τις υψηλές επιδόσεις τους χάρη στην πρόοδο που σημειώθηκε σε διαφορετικούς επιστημονικούς κλάδους. Μηχανικοί πρωτεϊνών, βασισμένοι στην πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη (GFP) των μεδουσών, έχουν αναπτύξει φθορίζοντα μόρια τα οποία μπορούν να ενσωματωθούν γενετικά σε δείγματα για πολύ εξειδικευμένη σήμανση. Επιπλέον, καινοτομίες στην οπτική και την ηλεκτρονική έχουν οδηγήσει σε μικροσκόπια εξοπλισμένα με διατάξεις συζευγμένου φορτίου και πολλαπλασιασμού ηλεκτρονίων (ΕΜCCD) που έχουν τη δυνατότητα να εντοπίσουν εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα φθορισμού και να μεγιστοποιήσουν το λόγο σήματος προς θόρυβο στις ηλεκτρονικές απεικονίσεις. Αυτή η ευαίσθητη συγκέντρωση φωτός επιτρέπει στους ερευνητές να δημιουργήσουν εικόνες σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα ή σε πολύ υψηλές αναλύσεις, ανάλογα με τις ανάγκες της μελέτης.
Αλλες πρόοδοι έχουν βελτιώσει τη σταθερότητα, επιτρέποντας τους ανιχνευτές να εγκλειδώνουν δείγματα σε μεγέθυνση και να λαμβάνουν εικόνες ανά τακτά χρονικά διαστήματα σε περίοδο αρκετών ημερών. Αλλά και παλιότερες τεχνικές έχουν αναγεννηθεί λόγω αυτών των καινοτομιών ―μεταξύ τους και η μικροσκοπία TIRF. Σύμφωνα με την τεχνική αυτή, το φως πέφτει πάνω στην καλυπτρίδα με τέτοια γωνία ώστε να υφίσταται ολική ανάκλαση. Η διαδικασία δημιουργεί τα λεγόμενα αποσβενόμενα φωτεινά κύματα, τα οποία εξασθενούν εκθετικά και εξαφανίζονται έπειτα από απόσταση 100 περίπου νανομέτρων. Έτσι, τα αποσβενόμενα κύματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να στοχεύσουν συγκεκριμένα φθορίζοντα «σημάδια» χωρίς να φωτιστεί το υπόλοιπο τμήμα του δείγματος. Επιπλέον, η τεχνική TIRF δεν προκαλεί σημαντική διάχυση φωτός, και για το λόγο αυτό μπορούν να ληφθούν οπτικές τομές 6 φορές λεπτότερες απ’ ό,τι στα συνεστιακά μικροσκόπια φθορισμού ―οι προηγούμενοι πρωταθλητές σε διακριτική ικανότητα.
Ωστόσο, όσο ανεπτυγμένα και αν είναι τα μικροσκόπια του Κέντρου Απεικόνισης Nikon, το κύμα προόδου επεκτείνεται συνεχώς. Ο Μats Gustafsson, φυσιολόγος τού UCSF, εργάζεται σε τεχνικές που ενδέχεται να διακρίνουν λεπτομέρειες μέχρι τα 40 νανόμετρα, με διακριτικό όριο δηλαδή 5,5 φορές μεγαλύτερο από το απόλυτο όριο του συμβατικού οπτικού μικροσκοπίου. Οι βελτιώσεις αυτές, σε συνδυασμό με άλλες τεχνικές ακριβείας (όπως η ανίχνευση απλών μορίων, η οποία αναγνωρίζει χωρικές αποστάσεις τόσο μικρές όσο 2 νανόμετρα), θα προωθήσουν τη βαθύτερη κατανόηση των κυτταρικών συστημάτων.
Ένας από τους πιο μεγάλους παίκτες τού μπέιζμπολ, ο Yogi Berra, είπε κάποτε: «Μπορείς να κατανοήσεις πολλά πράγματα απλώς κοιτώντας.» Χάρη στη συνεργασία μεταξύ τής Nikon, του UCSF και του QB3, οι επιστήμονες θα μπορέσουν να κατανοήσουν πολύ περισσότερα.
|
|
|
|
|
|
