Dve laboratorije na Odeljenju za hemiju Univerziteta u Juti udružile su snage kako bi poboljšale alate za snimanje koji bi uskoro mogli omogućiti naučnicima da bolje posmatraju signalizaciju u ćelijama koje funkcionišu i druge procese molekularnog nivoa koji su ključni za život.
Laboratorije Norijega i Hamond, sa komplementarnom ekspertizom u hemiji materijala i hemijskoj biologiji, napravile su kritična otkrića objavljena ovog meseca u časopisu Američkog hemijskog društva koja bi mogla unaprediti ovaj cilj.
„Pokušavamo da razvijemo novu vrstu metode snimanja, način da pogledamo ćelije i da budemo u mogućnosti da vidimo njihove strukturne karakteristike, koje su zaista zamršene, dok takođe prikupljamo informacije o njihovoj aktivnosti“, rekao je koautor Ming Hamond.
„Sadašnje metode pružaju detalje visoke rezolucije o ćelijskoj strukturi, ali imaju izazovnu ‘slepu tačku’ kada je u pitanju funkcija. U ovom radu proučavamo alat koji bi se mogao primeniti u elektronskoj mikroskopiji za izveštavanje o strukturi i funkciji u isto vreme.“
Biološkim uzorcima su često potrebni „markeri“ ili molekuli koji su izvor detektabilnih signala, objasnio je koautor Rodrigo Norijega. Široko korišćeni tip markera su flavoproteini koji, kada su fotopobuđeni, pokreću hemijsku reakciju koja daje polimerne čestice koje apsorbuju metal čiji se visok kontrast u elektronskom mikroskopu lako vidi.
„Prethodni rad je bio fokusiran na markere bez materijala koje generišu, ali naša studija uključuje korake hemije materijala u modelu“, rekao je Norijega, koji je ove godine imenovan za Sloanovog istraživača u okviru programa koji prepoznaje naučnike u ranoj karijeri čija istraživanja su potencijal da revolucionišu svoja polja.
Naučnici su dugo pretpostavljali da je u igri mehanizam koji uključuje stvaranje singletnog kiseonika, posebne vrste reaktivnih vrsta kiseonika. Međutim, U tim je otkrio da prenos elektrona između fotopobuđenog markera i blokova polimera glavni doprinosi procesu.
„Proučavamo alat koji su drugi ljudi mnogo koristili kao osnovu za ovu novu vrstu snimanja, i svi su mislili da funkcioniše na određeni način“, rekao je Hamond, „ali naše fotofizičke studije su otkrile iznenađujući mehanizam. Ovaj ranije zanemareni put prenosa elektrona generiše reaktivne vrste koje daju željeni izvor kontrasta za elektronsku mikroskopiju, bez potrebe za singletnim kiseonikom.
Ove nove informacije mogle bi pomoći naučnicima da poboljšaju dizajn ovih markera, kažu Norijega i Hamond. U-ov tim za saradnju je, na primer, izgradio ove rezultate kako bi proširio broj i tipove upotrebljenih blokova za građenje polimera, kao i da koristi markere koji su loši singletni izvori kiseonika, ali su odlični partneri za prenos elektrona, i rastući kontrastni agensi u okruženjima koja ranije nisu bile izvodljive.
„Pored njihove upotrebe u elektronskoj mikroskopiji, ono što vam ovi markeri omogućavaju je da dobijete dve slike iz istog uzorka, jednu pomoću svetlosne mikroskopije i drugu sa elektronskom mikroskopijom, a ova vrsta višeslojne slike sadrži mnogo više informacija nego bilo koja od njih sama. “, rekao je Norijega. Ova metoda, nazvana korelativna mikroskopija, je poput različitih slojeva u Google mapama, objasnio je Norijega.
Ovaj napredak može omogućiti naučnicima da bolje razumeju ćelijsku signalizaciju, jedan od osnovnih procesa života, i to ne samo unutar pojedinačnih ćelija, već i među zajednicama ćelija.
„Ćelije koriste hemikalije da komuniciraju jedna sa drugom. To je njihov jezik, kako znaju da li su njihovi susedi prijateljski raspoloženi ili antagonistički. To je način na koji rade zajedno, takmiče se, pa čak i maskiraju se unutar zajednice“, rekao je Hamond.
Mapiranje ovih hemijskih signala između grupa ćelija u složenom prostornom rasporedu zahteva od njih da otkriju nivoe aktivnosti u kontekstu strukture uzorka. „Voleli bismo da možemo da vidimo njihovu komunikaciju, ali želimo da vidimo i njihov komšiluk.“
