Hücrelerin İçini Önceden İmkansız Çözünürlüklerde Görselleştirmek, Nasıl Çalıştıklarına Dair Canlı İçgörüler Sağlıyor

Bütün 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 maskelemektedir. Araştırmacılar bu etkinliği daha önce mümkün olmayan bir ayrıntı düzeyinde görselleştirmeye başlıyorlar.

Biyolojik yapılar ya tüm organizma seviyesinden başlayıp aşağıya doğru çalışılarak ya da tekil atom seviyesinden başlayıp yukarıya doğru çalışılarak görselleştirilebilir. Bununla birlikte, hücrenin şeklini destekleyen hücre iskeleti gibi hücrenin en küçük yapıları ile hücre iskeleti gibi en büyük yapıları arasında bir çözünürlük boşluğu vardır. ribozomlar hücrelerde protein yapanlar.

Google Haritalar'a benzer bir şekilde, bilim insanları şehirlerin tamamını ve tek tek evleri görebilse de, evlerin nasıl bir araya gelerek mahalleler oluşturduğunu görecek araçlara sahip değillerdi. Bu mahalle düzeyindeki ayrıntıları görmek, tek tek bileşenlerin bir hücre ortamında birlikte nasıl çalıştığını anlayabilmek için çok önemlidir.

Yeni araçlar giderek bu boşluğu dolduruyor. Ve belirli bir tekniğin devam eden gelişimi, kriyo-elektron tomografisi veya kriyo-ET, araştırmacıların hücrelerin sağlıkta ve hastalıkta nasıl çalıştığını araştırma ve anlama şeklini derinleştirme potansiyeline sahiptir.

eskisi gibi yazı işleri müdürü Bilim dergi ve bir araştırmacı Onlarca yıldır görselleştirilmesi zor olan büyük protein yapıları üzerinde çalışan bir kişi olarak, biyolojik yapıları ayrıntılı olarak belirleyebilecek araçların geliştirilmesinde şaşırtıcı ilerlemelere tanık oldum. Nasıl göründüklerini bildiğiniz zaman karmaşık sistemlerin ne kadar çalıştığını anlamak daha kolay hale geliyorsa, biyolojik yapıların bir hücrede nasıl bir araya geldiğini anlamak da organizmaların nasıl çalıştığını anlamanın anahtarıdır.

Mikroskopinin Kısa Tarihi

17. Yüzyılda ışık mikroskobu İlk önce hücrelerin varlığını ortaya çıkardı. 20. yüzyılda elektron mikroskobu daha da fazla ayrıntı sunarak, Hücrelerdeki ayrıntılı yapılarProtein sentezi ve taşınmasında anahtar rol oynayan karmaşık bir zar ağı olan endoplazmik retikulum gibi organeller de dahil.

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

Son on yılda, buna dayalı teknikler nükleer manyetik rezonansAtomların manyetik alanda nasıl etkileşime girdiğine dayalı görüntüler üreten ve kriyo-elektron mikroskopisi Bilim adamlarının görselleştirebildiği yapıların sayısı ve karmaşıklığı hızla arttı.

Cryo-EM ve Cryo-ET Nedir?

Kriyo-elektron mikroskobu veya kriyo-EM, yapıları moleküler düzeyde görselleştirmek için elektronlar bir numuneden geçerken bir elektron ışınının nasıl saptığını tespit etmek için bir kamera kullanır. Numuneler radyasyon hasarından korunmak için hızla dondurulur. İlgili yapının ayrıntılı modelleri, tek tek moleküllerin birden fazla görüntüsünün alınması ve bunların ortalaması alınarak 3 boyutlu bir yapıya dönüştürülmesiyle yapılır.

Kriyo-ET cryo-EM ile benzer bileşenleri paylaşıyor ancak farklı yöntemler kullanıyor. Çoğu hücre net bir şekilde görüntülenemeyecek kadar kalın olduğundan, hücredeki ilgilenilen bölge öncelikle bir iyon ışını kullanılarak inceltilir. Numune daha sonra, bir vücut bölümünün CT taramasına benzer şekilde, farklı açılardan birden fazla fotoğrafını çekmek için eğilir (ancak bu durumda hastadan ziyade görüntüleme sisteminin kendisi eğilir). Bu görüntüler daha sonra bir bilgisayar tarafından birleştirilerek hücrenin bir bölümünün 3 boyutlu görüntüsü oluşturulur.

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

Araştırmacıların bir zamanlar hücrelerin yapılarını belirlemek için manuel olarak yapmak zorunda kaldıkları adımların çoğu otomatik hale geliyor ve bu da bilim adamlarının yeni yapıları çok daha yüksek hızlarda tanımlamasına olanak tanıyor. Örneğin, cryo-EM'yi yapay zeka programlarıyla birleştirmek AlfaKatlama Henüz karakterize edilmemiş protein yapılarını tahmin ederek görüntü yorumunu kolaylaştırabilir.

Hücre Yapısını ve Fonksiyonunu Anlamak

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

İlk adım, hangi hücrelerin ve bu hücrelerin hangi bölgelerinin çalışılacağına karar vermektir. Başka bir görselleştirme tekniği denir ilişkili ışık ve elektron mikroskobu veya CLEM, canlı hücrelerde ilginç süreçlerin gerçekleştiği bölgelerin yerini tespit etmeye yardımcı olmak için floresan etiketler kullanıyor.

Karşılaştırma Hücreler arasındaki genetik fark ek bilgi sağlayabilir. Bilim insanları belirli işlevleri yerine getiremeyen hücrelere bakıp, bunun yapılarına nasıl yansıdığını görebiliyorlar. Bu yaklaşım aynı zamanda araştırmacıların hücrelerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini incelemelerine de yardımcı olabilir.

Cryo-ET'in bir süre daha özel bir araç olarak kalması muhtemel. Ancak daha fazla teknolojik gelişme ve artan erişilebilirlik, bilim camiasının hücresel yapı ile işlev arasındaki bağlantıyı daha önce erişilemeyen ayrıntı düzeylerinde incelemesine olanak tanıyacak. Düzensiz molekül torbalarından karmaşık biçimde düzenlenmiş ve dinamik sistemlere geçerek hücreleri nasıl anladığımıza dair yeni teoriler görmeyi bekliyorum.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.

Resim Kredi: Nanografi, CC BY-SA

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2023/01/09/visualizing-the-inside-of-cells-at-previously-impossible-resolutions-provides-vivid-insights-into-how-they-work/