Электронные микроскопы с момента их изобретения (в конце 30-х годов) давали возможность увидеть, что происходит в мельчайшем мире, но только в черно-белом цвете. В течение последних 15 лет ученые работали над новым методом, преодолевающим это оптическое ограничение, и наконец представили первые цветные изображения, полученные с помощью электронного микроскопа.
Команде исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего впервые удалось создать многоцветный электронный микроскоп, позволяющий видеть картинку сразу в трех цветах (зеленом, красном и желтом).
На заглавном фото: Пептиды (короткие цепочки аминокислот) проникают через клеточную мембрану. © Adams et al. | Cell Chemical Biology 2016
С технической точки зрения микроскоп производит не «истинные» цветные изображения, а, скорее, искусственную цветовую визуализацию ключевых элементов микроскопических объектов, таких как клетки. Важно отметить, что цвета не добавляются после, — они действительно показывают дискретные биологические компоненты.
Проект возглавляли Марк Эллисман и Роджер Тсиен (лауреат Нобелевской премии по химии 2008 года, неожиданно скончавшийся прошлым летом). Команда использовала новый метод, чтобы получить цветные фотографии клеточных мембран и синаптических связей между клетками мозга.
Две клетки мозга с одним синапсом. © Adams et al. | Cell Chemical Biology 2016
«За последние 50 лет мы так привыкли к монохромным электронным микрофотографиям, что теперь даже не верится, что мы видим их в цвете», — отметил первый автор работы Стивен Адамс, химик из UCSD, в своем заявлении.
Традиционные электронные микроскопы формируют изображения путем передачи электронных пучков через объект как биологический образец. Это позволяет создавать детальные монохромные изображения, но так как микроскоп испускает электроны, а не свет, есть определенное отсутствие цвета.
Аппарат Гольджи (зеленый цвет) и клеточная мембрана (красный цвет). © Adams et al. | Cell Chemical Biology 2016
Для создания цветного сканирования исследователи установили специальный детектор на обычном электронном микроскопе, затем выборочно «раскрасили» структуры, такие как белки, мембраны и клетки различными редкоземельными металлами, включая лантан, церий и празеодим в виде химического раствора. Когда эти образцы сканировали с помощью модифицированного микроскопа, электроны, потерянные при прохождении металлических элементов, интерпретировались как цвет.
«Просвечивающий электронный микроскоп способен выделить каждый из этих металлов на основе электронной потери энергии, позволяя получить карты расположения элементов каждой структуры, которые могут быть наложены в цвете на монохромную электронную микрофотографию, — объяснил Адамс. — Каждым цветом выделены разные компоненты клеточной ультраструктуры».
Процесс на самом деле очень похож на флуоресцентную микроскопию, в которой светящиеся белки добавляют к образцу. Но при электронной микроскопии изображения наблюдаются в гораздо более высоких разрешениях.
Используя новую технику, исследователи применили электронный микроскоп, чтобы визуализировать пару клеток мозга с одним синапсом. Команда также продемонстрировала, как пептиды (короткие цепочки аминокислот) проникают через клеточную мембрану.
По словам ученых, новый микроскоп поможет биологам различать клеточные отделы, определять параметры клеток и отслеживать движение белков. В будущем команда надеется улучшить технологию и получать изображения с тремя и более цветами.
