Bu Teknik, Biyolojinin Daha Önce Hiç Görmediğimiz Gizli Bir Dünyasını Ortaya Çıkarıyor – ScienceAlert

Tüm hayat hücrelerden oluşan birkaç büyüklük bir tuz tanesinden daha küçük. Görünüşte basit görünen yapıları, yaşamı sürdüren işlevleri yerine getirmelerini sağlayan karmaşık ve karmaşık moleküler aktiviteyi gizler.

Araştırmacılar, bu aktiviteyi daha önce yapamadıkları bir ayrıntı düzeyinde görselleştirmeye başlıyorlar.

Biyolojik yapılar, tüm organizma seviyesinde başlayıp aşağı doğru hareket ederek veya tek tek atomlar seviyesinde başlayıp yukarı doğru hareket ederek görselleştirilebilir.

Bununla birlikte, hücrenin şeklini destekleyen hücre iskeleti gibi hücrenin en küçük yapıları ile hücrelerde protein yapan ribozomlar gibi en büyük yapıları arasında bir çözünürlük farkı vardır.

Google Haritalar’a benzeterek, bilim adamları tüm şehirleri ve tek tek evleri görebilseler de, evlerin mahalleleri oluşturmak için nasıl bir araya geldiklerini görecek araçlara sahip değillerdi.

Bu mahalle düzeyindeki ayrıntıları görmek, bir hücrenin ortamında bireysel bileşenlerin birlikte nasıl çalıştığını anlayabilmek için çok önemlidir.

Yeni araçlar sürekli olarak bu boşluğu dolduruyor. Ve belirli bir tekniğin devam eden gelişimi, kriyo-elektron tomografisi veya kriyo-ETaraştırmacıların sağlık ve hastalıkta hücrelerin nasıl çalıştığını anlama ve inceleme yöntemlerini derinleştirme potansiyeline sahiptir.

eskisi gibi yazı işleri müdürü Bilim dergi ve olarak araştırmacı Onlarca yıldır görselleştirmesi zor büyük protein yapılarını inceleyen biri olarak, biyolojik yapıları ayrıntılı olarak belirleyebilen araçların geliştirilmesinde şaşırtıcı ilerlemeye tanık oldum.

Nasıl göründüklerini bildiğinizde karmaşık sistemlerin nasıl çalıştığını anlamak daha kolay hale geliyorsa, biyolojik yapıların bir hücrede nasıl bir araya geldiğini anlamak da organizmaların nasıl çalıştığını anlamanın anahtarıdır.

Kısa bir mikroskopi tarihi

17. yüzyılda ışık mikroskobu ilk olarak hücrelerin varlığını ortaya koymuştur. 20. yüzyılda, elektron mikroskobu daha da fazla ayrıntı sunarak, hücrelerdeki ayrıntılı yapılarprotein sentezi ve taşınmasında kilit roller oynayan karmaşık bir zar ağı olan endoplazmik retikulum gibi organeller dahil.

1940’lardan 1960’lara kadar biyokimyacılar, hücreleri moleküler bileşenlerine ayırmak ve atomik çözünürlükte veya buna yakın proteinlerin ve diğer makromoleküllerin 3 boyutlu yapılarını nasıl belirleyeceklerini öğrenmek için çalıştılar. Bu ilk olarak, yapısını görselleştirmek için X-ışını kristalografisi kullanılarak yapıldı. miyoglobinkaslara oksijen sağlayan bir protein.

Son on yılda, dayalı teknikler nükleer manyetik rezonansatomların bir manyetik alanda nasıl etkileşime girdiğine bağlı olarak görüntüler üreten ve kriyo-elektron mikroskobu bilim adamlarının görselleştirebildiği yapıların sayısını ve karmaşıklığını hızla artırdı.

frameborder=”0″ allow=”ivmeölçer; otomatik oynatma; panoya yazma; şifreli ortam; jiroskop; fotoğraf içinde fotoğraf; web paylaşımı” izin verilen tam ekran>

Kriyo-EM ve kriyo-ET nedir?

Kriyo-elektron mikroskobu veya kriyo-EMmoleküler düzeyde yapıları görselleştirmek için elektronlar bir numuneden geçerken bir elektron demetinin nasıl saptığını tespit etmek için bir kamera kullanır.

Numuneler, radyasyon hasarından korunmak için hızla dondurulur. İlgilenilen yapının ayrıntılı modelleri, tek tek moleküllerin birden fazla görüntüsü alınarak ve bunların ortalaması alınarak 3 boyutlu bir yapıya dönüştürülür.

Cryo-ET kriyo-EM ile benzer bileşenleri paylaşır ancak farklı yöntemler kullanır. Çoğu hücre net bir şekilde görüntülenemeyecek kadar kalın olduğundan, bir hücrede ilgili bir bölge önce bir iyon ışını kullanılarak inceltilir.

Numune daha sonra farklı açılardan birden çok fotoğrafını çekmek için eğilir; bu, bir vücut parçasının CT taramasına benzer – ancak bu durumda hastadan ziyade görüntüleme sisteminin kendisi eğilir. Bu görüntüler daha sonra hücrenin bir bölümünün 3 boyutlu görüntüsünü oluşturmak için bir bilgisayar tarafından birleştirilir.

Bu görüntünün çözünürlüğü, araştırmacıların – veya bilgisayar programlarının – bir hücredeki farklı yapıların ayrı ayrı bileşenlerini tanımlayabilmesine yetecek kadar yüksektir. Araştırmacılar, örneğin, proteinlerin bir hücre içinde nasıl hareket ettiğini ve bozulduğunu göstermek için bu yaklaşımı kullandılar. alg hücresi.

Araştırmacıların bir zamanlar hücrelerin yapılarını belirlemek için manuel olarak yapmak zorunda kaldıkları adımların çoğu otomatik hale geliyor ve bilim adamlarının yeni yapıları çok daha yüksek hızlarda tanımlamasına olanak tanıyor.

Örneğin, kriyo-EM’yi aşağıdaki gibi yapay zeka programlarıyla birleştirmek Alfa Katlama henüz karakterize edilmemiş protein yapılarını tahmin ederek görüntü yorumlamayı kolaylaştırabilir.

Hücre yapısını ve işlevini anlama

Görüntüleme yöntemleri ve iş akışları geliştikçe, araştırmacılar hücre biyolojisindeki bazı temel soruları farklı stratejilerle çözebilecekler.

İlk adım, hangi hücrelerin ve bu hücreler içindeki hangi bölgelerin çalışılacağına karar vermektir. adlı başka bir görselleştirme tekniği ilişkili ışık ve elektron mikroskobu veya CLEMcanlı hücrelerde ilginç süreçlerin gerçekleştiği bölgelerin bulunmasına yardımcı olmak için floresan etiketler kullanır.

Karşılaştırma hücreler arasındaki genetik fark ek içgörü sağlayabilir. Bilim adamları, belirli işlevleri yerine getiremeyen hücrelere bakabilir ve bunun yapılarına nasıl yansıdığını görebilirler. Bu yaklaşım, araştırmacıların hücrelerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini incelemelerine de yardımcı olabilir.

Cryo-ET muhtemelen bir süre özel bir araç olarak kalacak. Ancak daha ileri teknolojik gelişmeler ve artan erişilebilirlik, bilim camiasının hücresel yapı ile işlev arasındaki bağlantıyı daha önce erişilemeyen ayrıntı düzeylerinde incelemesine olanak tanıyacaktır.

Düzensiz molekül torbalarından karmaşık bir şekilde organize edilmiş ve dinamik sistemlere geçen hücreleri nasıl anladığımıza dair yeni teoriler görmeyi umuyorum.

Jeremy BergHesaplamalı ve Sistem Biyolojisi Profesörü, Bilim Stratejisi ve Planlama Kıdemli Rektör Yardımcısı, Pittsburgh Üniversitesi

Bu makale şu adresten yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak orijinal makale.