Das Bringen von Farbe zu Elektronenmikroskopbildern ist ein schwieriges Problem. Man könnte plausibel sagen, dass es in diesem Maßstab keine Farbe gibt, da die von einem Elektronenmikroskop abgebildeten Objekte kleiner sind als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Aber das hat Wissenschaftler nicht davon abgehalten, zu versuchen oder zumindest Techniken zu entwickeln, um es zu approximieren.
Verwandte Inhalte
- Lasst uns jetzt die Erfindung des Mikroskops loben
Das Neueste, das in einem Artikel in Cell von Wissenschaftlern der Universität von Kalifornien, San Diego, beschrieben wurde, bringt künstliche Farbstoffe in biologische Strukturen ein, die uns helfen könnten, die Strukturen und Funktionen in Zellen besser zu verstehen. Sie sind die Ersten, die diese Methode auf organischem Material anwenden, bis zu drei Farben aufeinander abstimmen und in einem Beispiel eine Golgi-Region grün und eine Plasmamembran rot erscheinen lassen.
"Es fügt der konventionellen Elektronenmikroskopie eine Menge zusätzlicher Informationen hinzu", sagt Stephen Adams, Hauptautor der Arbeit. "Wir hoffen, dass es eine allgemeine Technik sein wird, die die Menschen für diese hochauflösende Abbildung jedes Moleküls verwenden, das sie wirklich wollen."
Da Technologien wie diese die Auflösung von Bildern steigern, können Wissenschaftler möglicherweise selbst in die Zellen hineinschauen und die darin enthaltenen Körper genauer identifizieren. Unter einem herkömmlichen lichtbasierten Mikroskop ist es unmöglich, etwas kleineres als die Wellenlänge des Lichts abzubilden, das das Mikroskop verwendet, was etwa 250 Nanometer beträgt, erklärt Brian Mitchell, Associate Professor für Zell- und Molekularbiologie an der Northwestern University. „Das ist ein ziemlich großer Bereich. Wenn Sie also sagen wollen, dass sich dieses wirklich wichtige Protein, das Sie gefunden haben, auf der Innenseite einer Membran oder auf der Außenseite einer Membran befindet, ist es wirklich schwer zu sagen, dass Sie es nicht können unterschreiten Sie diese 250-nm-Auflösung “, sagt er.
In der Zwischenzeit haben die von einem Elektronenmikroskop erzeugten Schwarzweißbilder ein ähnliches Problem: Obwohl die Auflösung des Oszilloskops großartig ist, kann es schwierig sein, zwischen verschiedenen zellulären Strukturen auf einer Grauskala zu unterscheiden.
Die von Adams und Company verwendete Technik ist eine Art Kombination aus Lichtmikroskopie, bei der Licht von Objekten reflektiert wird, und Elektronenmikroskopie, bei der Elektronen von Objekten reflektiert werden. Zunächst verwenden sie ein mit einem Lichtmikroskop erzeugtes Bild, um die Strukturen zu identifizieren, die hervorgehoben werden sollen. Sie führen eine kleine Menge Seltenerdmetall ein und überziehen die Struktur damit. Dann unterziehen sie es einem Elektronenmikroskop.
Wenn das Mikroskop Elektronen auf das Gewebe abfeuert, dringen einige durch, andere treffen auf dickere oder schwerere Materialien und springen zurück, sozusagen wie ein Röntgenstrahl. Einige treffen auf das Seltenerdmetall und verdrängen dort ein Elektron, wodurch es herausfliegt. zusammen mit ein wenig Energie, die sich von dem verwendeten Metall unterscheidet und die das Mikroskop misst. Diese Technik wird als Elektronenenergieverlustspektroskopie bezeichnet.
Adams hat Zellstrukturen wie den Golgi-Komplex, Proteine auf der Plasmamembran und sogar Proteine an den Synapsen im Gehirn abgebildet. "Für viele biologische Experimente ist es nützlich, diese sehr hohe Vergrößerung zu haben, um wirklich zu sehen, wo sich diese Proteine befinden oder wo sich dieses bestimmte Molekül in der Zelle befindet und was es tut", sagt er. "Es gibt Ihnen oft eine Vorstellung davon, was die Funktion ist."
Dies ist nicht nur akademisch, betont Mitchell. Zu wissen, was in einer Zelle vor sich geht, kann bei der Diagnose und Behandlung von Krankheiten hilfreich sein.
"Wenn Sie ein Protein haben, das sich zum Beispiel auf eine bestimmte zelluläre Substruktur beschränkt ... und in dieser Krankheitssituation möglicherweise nicht dorthin gelangt, wo es hingehört", sagt Mitchell. „Wenn Sie sich die Lokalisation des Proteins ansehen, sagen Sie:‚ Hey, dieses Protein geht nicht dahin, wo es hingehört. Das ist wahrscheinlich der Grund dafür, warum die Zelle nicht so funktioniert, wie es soll, und könnte der Grund für diese Krankheit sein tut was es tut. '"
Der Cell- Artikel ist nicht der einzige Versuch, Farbbilder von Elektronenmikroskopen bereitzustellen. Eine andere Methode ist die korrelative Lichtelektronenmikroskopie, bei der Zellstrukturen in einem Lichtmikroskopbild mit fluoreszierenden Molekülen markiert werden, um sie zu lokalisieren. Anschließend werden sie mit einem Elektronenmikroskop abgebildet und die beiden Bilder überlagert. Eine andere ist die Immunogold-Markierung, bei der Goldpartikel an Antikörper gebunden werden und die dann aufgrund der Dichte des Goldes in einem Elektronenmikroskopbild erscheinen. Aber jedes hat sein eigenes Problem: Ersteres erfordert zwei verschiedene Bilder von verschiedenen Mikroskopen, was die Präzision verringert. und letzteres kann zu unklaren Färbungen führen.
Die Zeitung trug als letzte den Namen von Roger Tsien, einem im August verstorbenen Nobelpreisträger. Tsien war am besten dafür bekannt, ein fluoreszierendes Protein aus Quallen zu verwenden, um Zellstrukturen zu beleuchten.
"[Dieses Papier] war der Höhepunkt von fast 15 Jahren Arbeit. Ich denke, es ist ein weiteres Vermächtnis, das er hinterlassen hat", sagt Adams. "Das ist die Hoffnung, dass es zu neuen Ideen und neuen Wegen führen wird, das Elektronenmikroskop und seinen Nutzen zu verbessern."
