«Перепишите учебники биологии». Чешские ученые первыми в мире получили изображение хромосомы в естественном состоянии
21 июля 2024
18:00
93976
Специалисты из Института приборостроения Чешской академии наук в Брно совместно с коллегами из Института экспериментальной ботаники разработали новый метод визуализации, имеющий множество применений. Обнаружение поверхностной структуры с различными миниатюрными выступами и пространственно расположенными петлями волокон может иметь будущее значение, например, для медицины или сельского хозяйства. Хромосомы — высокочувствительные структуры, в которых хранится наследуемая информация.
Полученные результаты восхищают и удивляют, сказал журналистам Вилем Недела, руководитель группы электронной микроскопии окружающей среды в Брно. Он считает, что преимущества нового метода позволят переписать учебники по биологии.
Метод A-ESEM открывает новые возможности для изучения неживой, но особенно живой материи. До сих пор для изображения пространственной структуры с разрешением до миллионных долей миллиметра использовалась сканирующая электронная микроскопия, при которой образцы наблюдаются в высоком вакууме. Поэтому они должны подвергаться модификациям, которые повреждают структуру.
Аббревиатура A-ESEM расшифровывается как advanced environmental scanning electron microscopy. Метод позволяет изучать растительные и, в некоторой степени, животные клетки в их естественном состоянии, например, мелких живых животных, грибки, плесень, клещей, белки или бактерии. Ученые также изучают вирусы. Кроме того, можно отслеживать изменения в образцах под воздействием температуры, высыхания, химических реакций или физических воздействий.
«Классический микроскоп можно сравнить с роскошным автомобилем, а экологический микроскоп — это роскошный автомобиль с еще более высоким уровнем оснащения, который может ездить по воде и погружаться, как подводная лодка, словом, он обладает всеми функциями классического микроскопа, а также многими другими», — говорит Недела. Ученые используют программное обеспечение с искусственным интеллектом, чтобы подсказать, как установить параметры так, чтобы не разрушить образец. «Мы использовали множество собственных инноваций и, благодаря сверхчувствительным детекторам, наблюдаем за образцами при высоком давлении газа и влажности до 100%, то есть в экологически чистых условиях — очень аккуратно, не причиняя им вреда», — добавила Недела.
По словам создателей, новый метод еще быстрее, дешевле и лучше подходит для изучения динамических изменений в биологических образцах, чем криоэлектронная микроскопия, удостоенная Нобелевской премии в 2017 году. «Этот новый метод решает фундаментальную проблему кажущейся несовместимости электронной микроскопии с присутствием в образце воды в жидком состоянии», — добавила Недела.
Потенциал нового метода был проверен учеными в сотрудничестве с Оломоуцким институтом экспериментальной ботаники Чешской академии наук при изучении хромосом ячменя. В течение многих лет научные группы со всего мира пытались получить детальное представление о хромосомах. Только новый метод показал, что их поверхность усеяна многочисленными выступами — петлями хроматиновых волокон со средним размером около 30 нанометров, — говорит Ярослав Долежель, генетик растений и руководитель оломоуцкой группы. Вероятно, ученые также смогли получить изображение нуклеосом, на которых молекула ДНК намотана в виде катушек. Ученые не знают точно, для чего нужны выступы на поверхности и из чего они состоят. «Теперь мы хотим это выяснить», — добавил Долежель.
В то время как хромосомные нарушения являются причиной наследственных заболеваний у людей, они приводят к снижению плодовитости и урожайности сельскохозяйственных культур. Выявление структуры поверхности хромосом дает новое представление о строении наследственного аппарата, позволит выявить нарушения в его устройстве и внесет вклад в разработку синтетических организмов с искусственно созданной наследственной информацией.
Метод A-ESEM открывает новые возможности для изучения неживой, но особенно живой материи. До сих пор для изображения пространственной структуры с разрешением до миллионных долей миллиметра использовалась сканирующая электронная микроскопия, при которой образцы наблюдаются в высоком вакууме. Поэтому они должны подвергаться модификациям, которые повреждают структуру.
Аббревиатура A-ESEM расшифровывается как advanced environmental scanning electron microscopy. Метод позволяет изучать растительные и, в некоторой степени, животные клетки в их естественном состоянии, например, мелких живых животных, грибки, плесень, клещей, белки или бактерии. Ученые также изучают вирусы. Кроме того, можно отслеживать изменения в образцах под воздействием температуры, высыхания, химических реакций или физических воздействий.
«Классический микроскоп можно сравнить с роскошным автомобилем, а экологический микроскоп — это роскошный автомобиль с еще более высоким уровнем оснащения, который может ездить по воде и погружаться, как подводная лодка, словом, он обладает всеми функциями классического микроскопа, а также многими другими», — говорит Недела. Ученые используют программное обеспечение с искусственным интеллектом, чтобы подсказать, как установить параметры так, чтобы не разрушить образец. «Мы использовали множество собственных инноваций и, благодаря сверхчувствительным детекторам, наблюдаем за образцами при высоком давлении газа и влажности до 100%, то есть в экологически чистых условиях — очень аккуратно, не причиняя им вреда», — добавила Недела.
По словам создателей, новый метод еще быстрее, дешевле и лучше подходит для изучения динамических изменений в биологических образцах, чем криоэлектронная микроскопия, удостоенная Нобелевской премии в 2017 году. «Этот новый метод решает фундаментальную проблему кажущейся несовместимости электронной микроскопии с присутствием в образце воды в жидком состоянии», — добавила Недела.
Потенциал нового метода был проверен учеными в сотрудничестве с Оломоуцким институтом экспериментальной ботаники Чешской академии наук при изучении хромосом ячменя. В течение многих лет научные группы со всего мира пытались получить детальное представление о хромосомах. Только новый метод показал, что их поверхность усеяна многочисленными выступами — петлями хроматиновых волокон со средним размером около 30 нанометров, — говорит Ярослав Долежель, генетик растений и руководитель оломоуцкой группы. Вероятно, ученые также смогли получить изображение нуклеосом, на которых молекула ДНК намотана в виде катушек. Ученые не знают точно, для чего нужны выступы на поверхности и из чего они состоят. «Теперь мы хотим это выяснить», — добавил Долежель.
В то время как хромосомные нарушения являются причиной наследственных заболеваний у людей, они приводят к снижению плодовитости и урожайности сельскохозяйственных культур. Выявление структуры поверхности хромосом дает новое представление о строении наследственного аппарата, позволит выявить нарушения в его устройстве и внесет вклад в разработку синтетических организмов с искусственно созданной наследственной информацией.
ЧИТАЙТЕ ПО ТЕМЕ :
