Kleur brengen op elektronenmicroscoopbeelden is een lastig probleem. Het is aannemelijk dat kleur niet op die schaal bestaat, omdat de dingen die door een elektronenmicroscoop worden afgebeeld kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht. Maar dat weerhoudt wetenschappers er niet van om het te proberen, of op zijn minst technieken te ontwikkelen om het te benaderen.
gerelateerde inhoud
- Laten we nu de uitvinding van de microscoop loven
Het nieuwste, beschreven in een artikel in Cell door wetenschappers van de Universiteit van Californië, San Diego, hecht kunstmatige kleur aan biologische structuren, wat ons zou kunnen helpen de structuren en functies in cellen beter te begrijpen. Ze zijn de eersten die deze methode op organisch materiaal gebruiken, waarbij ze tot drie kleuren overeenkomen en in één voorbeeld een Golgi-regio groen en een plasmamembraan rood laten lijken.
"Het voegt veel extra informatie toe aan conventionele elektronenmicroscopie", zegt Stephen Adams, hoofdauteur van het artikel. "We hopen dat het een algemene techniek zal zijn die mensen zullen gebruiken voor deze zeer hoge resolutie afbeelding van elk molecuul, echt waar ze zin in hebben."
Naarmate technologieën zoals deze de resolutie van afbeeldingen verhogen, kunnen wetenschappers hierdoor in de cellen zelf kunnen gluren en de lichamen erin gedetailleerder identificeren. Onder een traditionele, op licht gebaseerde microscoop, is het onmogelijk om iets kleiner weer te geven dan de golflengte van het licht dat de microscoop gebruikt, die ongeveer 250 nanometer is, legt Brian Mitchell uit, een universitair hoofddocent cel- en moleculaire biologie aan de Northwestern University. “Dat is een behoorlijk groot gebied, dus als je probeert te zeggen dat dit echt belangrijke eiwit dat je hebt gevonden zich aan de binnenkant van een membraan of aan de buitenkant van een membraan bevindt, is het heel moeilijk om te zeggen dat als je dat niet kunt kom onder die resolutie van 250 nm ', zegt hij.
Ondertussen hebben de zwart-witte beelden die door een elektronenmicroscoop worden gegenereerd een soortgelijk probleem: hoewel de reikwijdte van de scope geweldig is, kan het moeilijk zijn om onderscheid te maken tussen verschillende cellulaire structuren op een grijsschaal.
De gebruikte techniek van Adams en Company is een soort combinatie van lichtmicroscopie, die licht van objecten weerkaatst, en elektronenmicroscopie, die elektronen van objecten weerkaatst. Eerst gebruiken ze een door een lichtmicroscoop gegenereerde afbeelding om de structuren te identificeren die ze willen benadrukken. Ze introduceren een kleine hoeveelheid zeldzaam aardmetaal en bedekken hiermee de structuur. Daarna onderwerpen ze het aan een elektronenmicroscoop.
Wanneer de microscoop elektronen op het weefsel afvuurt, gaan sommigen erdoorheen en anderen raken dikkere of zwaardere materialen en stuiteren terug, een beetje als een röntgenfoto. Enkelen treffen het zeldzame aardmetaal en verplaatsen daar een elektron, waardoor het eruit vliegt; samen met een beetje energie, verschillend van het specifieke gebruikte metaal, en dit is wat hun microscoop meet. De techniek wordt elektronenenergieverliezen spectroscopie genoemd.
Adams heeft celstructuren afgebeeld zoals het Golgi-complex, eiwitten op het plasmamembraan en zelfs eiwitten bij de synapsen in de hersenen. "Voor veel biologische experimenten is het nuttig om die zeer hoge vergroting te hebben, om echt te zien waar deze eiwitten zijn, of waar dit specifieke molecuul zich in de cel bevindt, en wat het doet", zegt hij. "Het geeft je vaak een idee van wat de functie is."
Dit is niet alleen academisch, merkt Mitchell op. Weten wat er in een cel gebeurt, kan nuttig zijn bij de diagnose en behandeling van ziekten.
"Als je een eiwit hebt dat bijvoorbeeld naar een cellulaire substructuur lokaliseert ... en misschien in die ziektesituatie gaat het eiwit niet naar waar het heen moet", zegt Mitchell. "Door te kijken naar de lokalisatie van het eiwit, zeg je:" Hé, dit eiwit gaat niet waar het hoort, dat is waarschijnlijk de oorzaak van het mechanisme waarom de cel niet functioneert zoals het hoort, en zou de reden kunnen zijn waarom deze ziekte doet wat het doet. ''
Het Cell- artikel is niet de enige poging om kleurenbeelden van elektronenmicroscopen te leveren. Een andere is de correlatieve lichtelektronenmicroscopie, die celstructuren in een lichtmicroscoopbeeld markeert met fluorescerende moleculen om ze te lokaliseren, en vervolgens een elektronenmicroscoop gebruikt om ze af te beelden en de twee beelden bedekt. Een andere is immunogold labeling, die gouddeeltjes aan antilichamen bindt, en die verschijnen dan in een elektronenmicroscoopbeeld vanwege de dichtheid van het goud. Maar elk heeft zijn eigen probleem: eerstgenoemde vereist twee verschillende afbeeldingen, van verschillende microscopen, waardoor de precisie wordt verminderd; en deze laatste kan onduidelijke vlekken geven.
Het papier droeg als laatste Roger Tsien, een Nobelprijswinnaar die in augustus stierf. Tsien was het best bekend voor het gebruik van een fluorescerend eiwit uit kwallen om cellulaire structuren te verlichten.
"[Dit artikel] was het hoogtepunt van bijna 15 jaar werk, dus ik denk dat het een andere erfenis is die hij heeft achtergelaten", zegt Adams. "Dat is de hoop, dat het zal leiden tot nieuwe ideeën en nieuwe manieren om de elektronenmicroscoop en het nut ervan te verbeteren."
