Česi ašpirujú na Nobelovu cenu. Podaril sa im svetový objav dôležitý aj pre medicínu
Ako prví na svete zobrazili celý chromozóm v prirodzenom stave. Vedcom z Ústavu prístrojovej techniky AV ČR v spolupráci s Ústavom experimentálnej botaniky AV ČR sa vďaka revolučnej metóde podarilo to, o čo sa pokúšali experti najprestížnejších laboratórií. Odhalenie povrchovej štruktúry chromozómu s rôznymi miniatúrnymi výbežkami a priestorovo usporiadanými slučkami vláken môže v budúcnosti ovplyvniť napríklad medicínu alebo poľnohospodárstvo. Nová zobrazovacia metóda je už teraz zásadným vylepšením pre vedeckú obec.
Po rokoch bádania a pokusov svetových laboratórií ako zobraziť biologické vzorky v prirodzenom stave, prišli českí vedci s riešením. Nová vyvinutá metóda A-ESEM absolútne otvára nové možnosti skúmania neživé, ale predovšetkým živé hmoty.
Doteraz sa pre zobrazenie priestorovej štruktúry biologických i nebiologických materiálov s rozlíšením až milióntiny milimetru používala rastrová elektrónová mikroskopia (SEM), pri ktorej sa vzorky pozorujú vo vysokom vákuu. Preto museli prejsť úpravami, ktoré ale môžu poškodiť ich štruktúru. A to vylučuje ich pozorovanie v natívnom stave.
Ako auto, ktoré jazdí po vode a dokáže sa ponoriť
Metóda A-ESEM, pokročilá environmentálna rastrovacia elektrónová mikroskopia (A-ESEM; Advanced Environmental Scanning Electron Microscopy), umožňuje skúmať prakticky všetky živé vzorky: rastlinné a čiastočne i živočíšne bunky v prirodzenom stave, malé živé živočíchy, huby, plesne, roztoče, proteíny, baktérie, a vedci sa chystajú aj na vírusy. Naviac ide sledovať dynamické zmeny vzoriek v dôsledku zmeny ich teploty, vysúšania, chemickej reakcie, fyzikálneho pôsobenia.
„Klasický mikroskop lze přirovnat k luxusnímu automobilu, přičemž environmentální mikroskop je luxusním automobilem v ještě vyšší výbavě, který navíc umí jezdit po vodě a potápět se jako ponorka, zkrátka má všechny funkce klasického mikroskopu, a navíc řadu dalších,“ vysvetľuje Vilém Neděla, vedúci brnianskeho tímu Environmentálnej elektrónovej mikroskopie Ústavu prístrojovej techniky AV ČR, ktorý metódu vyvinul.
„Využíváme softwary s umělou inteligencí, které poradí, jak nastavit parametry, aby se vzorek nezničil. Využili jsme mnoha vlastních inovací a díky ultracitlivým detektorům pozorujeme vzorky ve vysokém tlaku plynu a ve vlhkosti až 100 %, tedy v enviromentálně kompatibilních podmínkách – velice šetrně, neubližujeme jim,“ popisuje Vilém Neděla.
A-ESEM je zo všetkých elektrónovo mikroskopických metód najviac univerzálny. Podľa Viléma Neděly je dokonca rýchlejšia, lacnejšia a vhodnejšia pre štúdium dynamických zmien biologických vzoriek než kryo-elektróonová mikroskopia, ocenená v roku 2017 Nobelovou cenou. „Tato nová metoda řeší základní problém zdánlivé neslučitelnosti elektronové mikroskopie s přítomností vody v kapalném skupenství ve vzorku. Proto je vhodná pro zobrazování živých organismů a extrémně citlivých nanostruktur a nanopovrchů vše ve vysokém rozlišení,“ povedal Vilém Neděla.
Dôležitý objav pre zdravie ľudí i rastlín
Potenciál novej metódy overili vedci v spolupráci s olomouckým pracoviskom Ústavu experimentálnej botaniky AV ČR štúdiom chromozómov, teda mikroskopických štruktúr, v ktorých je uložená dedičná informácia.
Chromozómy v priebehu delenia buniek kondenzujú v mikroskopické valčekovité útvary. O odhalenie ich nanoštruktúry sa roky pokúšali vedecké tímy z celého sveta. Neuspeli, pretože všetky dostupné metódy vyžadovali drastické ošetrenie chemikáliami, sušenie, pokovovanie či mrazenie a následnú sublimáciu ľadu. A pretože povrchová vrstva chromozómu je extrémne citlivá, bola pri takomto skúmaní buď poškodená alebo úplne odstránená.
„Teprve nově vyvinutá metoda A-ESEM odhalila, že povrch kondenzovaných chromozomů je posetý četnými výběžky, smyčkami chromatinových vláken o průměrné velikosti kolem 30 nm. Takové prostorové uspořádání povrchu chromozomů nebylo dosud pozorováno. Navíc je velmi pravděpodobné, že se nám podařilo zobrazit i nepatrné, jen 12 nm velké nukleozomy, na kterých je jako na cívky navinuta molekula DNA,“ doplňuje rastlinný genetik Jaroslav Doležel, vedúci olomouckého tímu Ústavu experimentálnej botaniky AV ČR.
Uplatnenie novej metódy
Dosiahnuteľné rozlíšenie A-ESEM je pri podmienkach štúdia chromozómov zrovnateľné s rozlíšením klasického „vákuového“ rastrovacieho elektrónového mikroskopu (SEM), čo môže mať podľa Viléma Neděly úplne zásadný vplyv na vývoj svetového trhu s elektrónovými mikroskopy. „Možnost spojení A-ESEM s dalšími zobrazovacími technikami, včetně světelné mikroskopie, umožní vědcům zobrazování a funkční analýzu nejen chromozomů, ale i dalších biologických objektů v přirozeném stavu. Jaké praktické dopady bude případné široké nasazení nové metody A-ESEM mít, v tuto chvíli není možné ani odhadnout. V Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR jsme každopádně přesvědčeni, že jde o jeden z nejdůležitějších objevů, které byly učiněny na půdě naší instituce, a revolučním krokem vpřed pro elektronovou mikroskopii jako takovou,“ uzatvoril Vilém Neděla.
Výsledky mnohoročného výskumu brnianskych a olomouckých vedcov publikoval časopis Scientific Reports, ktorý je súčasťou nakladateľstva vydávajúceho jeden zo svetovo najprestížnejších vedeckých časopisov Nature.
(Ak vás táto informácia zaujala, redakcii Dalito.sk môžete darovať kávu alebo aj dve)