Å bringe farge til elektronmikroskopbilder er et vanskelig problem. Det kan antagelig sies at farge ikke eksisterer i den skalaen, fordi tingene som er avbildet av et elektronmikroskop er mindre enn bølgelengden til synlig lys. Men det har ikke stoppet forskere fra å prøve, eller i det minste utvikle teknikker for å tilnærme det.
Relatert innhold
- La oss nå berømme oppfinnelsen av mikroskopet
Den siste, beskrevet i en artikkel i Cell av forskere fra University of California, San Diego, knytter kunstig farge til biologiske strukturer, noe som kan hjelpe oss med å bedre forstå strukturer og funksjoner i celler. De er de første som bruker denne metoden på organisk materiale, matcher opptil tre farger og gjør, i ett eksempel, at en Golgi-region virker grønn og en plasmamembranrød.
"Det tilfører mye ekstra informasjon til konvensjonell elektronmikroskopi, " sier Stephen Adams, hovedforfatter av papiret. "Vi håper det vil være en generell teknikk som folk vil bruke for denne veldig høye oppløsningen kartleggingen av ethvert molekyl, egentlig, som de vil."
Ettersom teknologier som dette øker oppløsningen av bilder, kan det tillate forskere å kikke inni cellene selv, og identifisere kroppene i dem mer detaljert. Under et tradisjonelt, lysbasert mikroskop er det umulig å avbilde noe mindre enn bølgelengden til lyset som mikroskopet bruker, som er rundt 250 nanometer, forklarer Brian Mitchell, førsteamanuensis i celle- og molekylærbiologi ved Northwestern University. “Det er et ganske stort område, så hvis du prøver å si at dette virkelig viktige proteinet du har funnet, er på innsiden av en membran eller på utsiden av en membran, er det veldig vanskelig å si at når du ikke kan komme under den 250 nm oppløsningen, sier han.
I mellomtiden har de svart-hvite bildene som er generert av et elektronmikroskop et lignende problem: Selv om oppløsningen omfanget gir er stor, kan det være vanskelig å skille mellom forskjellige cellulære strukturer i en grå skala.
Teknikken som Adams og selskapet brukte, er en slags kombinasjon av lysmikroskopi, som spretter lys av objekter, og elektronmikroskopi, som spretter elektroner ut av objekter. Først bruker de et lysmikroskopgenerert bilde for å identifisere strukturer de ønsker å fremheve. De introduserer en liten mengde sjeldent jordartsmetall, og legger over strukturen med det. Så utsetter de det for et elektronmikroskop.
Når mikroskopet skyter elektroner mot vevet, går noen rett gjennom, og andre treffer tykkere eller tyngre materialer og spretter tilbake, på samme måte som en røntgenstråle. Noen få treffer det sjeldne jordartsmetallet og fortrenger et elektron der, og får det til å fly ut; sammen med kommer litt energi, forskjellig fra det spesielle metallet som brukes, og det er dette mikroskopet deres måler. Teknikken kalles spektroskopi for elektronisk energitap.
Adams har avbildet cellestrukturer som Golgi-komplekset, proteiner på plasmamembranen, og til og med proteiner i synapser i hjernen. "For mange biologiske eksperimenter er det nyttig å ha den veldig høye forstørrelsen for å virkelig se hvor disse proteinene er, eller hvor akkurat dette molekylet er i cellen, og hva det gjør, " sier han. "Det gir deg ofte en ide om hva funksjonen er."
Dette er ikke bare akademisk, påpeker Mitchell. Å vite hva som skjer inne i en celle kan være nyttig i diagnostisering og behandling av sykdommer.
"Hvis du har et protein som, for eksempel, lokaliserer seg til en cellulær understruktur ... og kanskje i den sykdomssituasjonen går ikke proteinet dit det skal, " sier Mitchell. "Ved å se på lokaliseringen av proteinet, sier du: 'hei, dette proteinet kommer ikke dit det skal, det er sannsynligvis det som ligger til grunn for mekanismen til at cellen ikke fungerer slik den skal, og kan ligge til grunn for hvorfor denne sykdommen gjør det den gjør. '”
Cell- artikkelen er ikke det eneste forsøket på å gi fargebilder fra elektronmikroskop. En annen er korrelativ lyselektronmikroskopi, som merker cellestrukturer i et lysmikroskopbilde med lysstoffmolekyler for å lokalisere dem, bruker deretter et elektronmikroskop for å avbilde dem og legger over de to bildene. En annen er immunogold-merking, som binder gullpartikler til antistoffer, og de vises deretter i et elektronmikroskopbilde på grunn av gullets tetthet. Men hver har sitt eget problem: førstnevnte krever to forskjellige bilder, fra forskjellige mikroskop, noe som reduserer presisjonen; og sistnevnte kan gi uklar farging.
Avisen var den siste som bar navnet Roger Tsien, en nobelprisvinnende kjemiker som døde i august. Tsien var mest kjent for å bruke et lysstoffrør fra maneter for å belyse cellestrukturer.
"[Denne artikkelen] var kulminasjonen på nesten 15 års arbeid, så jeg tror det er en annen arv som han har igjen, " sier Adams. "Det er håpet, at det kommer til å føre frem til nye ideer og nye måter å forbedre elektronmikroskopet og dets nytte."
