Впервые удалось получить изображение целой хромосомы в естественном состоянии

Источник изображения: сайт Institute of Scientific Instruments of the CAS

Красивая картинка, правда? Её долгие годы пытались получить многие ученые из разных уголков мира. В итоге получилось у исследователей из Института научных приборов Чешской академии наук (CAS). Для этого использовали новую технологию электронной микроскопии, которая, как ожидается, будет очень полезна в медицине и сельском хозяйстве.

Новая методика получила название Advanced Environmental Scanning Electron Microscopy, сокращенно A–ESEM. Она дает возможность более детально изучать как неживые предметы, так и биологические структуры.

Классическая электронная микроскопия хороша во многих отношениях. Но во время нее образцы исследуют в вакууме, их нужно определенным образом обрабатывать, и из-за этого возможны повреждения. Такая технология не подходит, чтобы наблюдать за живыми организмами в естественном состоянии.

С помощью технологии A–ESEM можно изучать практически любые биологические объекты: живые клетки растений и животных, бактерии, грибы, микроскопических животных, белковые молекулы и вирусы.

Мало того, теперь прямо в реальном времени можно посмотреть, что будет происходить с живыми существами при изменении температуры, высушивании, воздействии разных химикатов, излучений и других факторов.

Вилем Недела, один из руководителей работы, объяснил суть новой технологии так:

Классический электронный микроскоп можно сравнить с обычным автомобилем. Оборудование для A–ESEM – это роскошное авто из премиум-сегмента. Оно усовершенствовано, оснащено дополнительными опциями, может ездить по воде и превращаться в подводную лодку. Оно обладает функционалом классического электронного микроскопа и многими другими полезными возможностями.

Специально разработанная программа на основе искусственного интеллекта дает ученым подсказки, которые помогают не повредить исследуемые образцы. Современные технологии позволяют наблюдать живые объекты в максимально естественных условиях, где их жизнедеятельности ничто не мешает. В образцах может присутствовать жидкость – при классическом подходе такое невозможно.

Вишенка на торте – это высокая скорость и низкая стоимость исследований. Получается, что A–ESEM по многим параметрам лучше, чем криоэлектронная микроскопия, за которую была выдана Нобелевская премия в 2017 году.

Когда клетка делится, ее хромосомы уплотняются и выглядят как стержневидные структуры. Их наноструктуру много лет пытались изучить многие ученые, но безуспешно.

Все методики микроскопии таких структур, существовавшие до сего дня, требовали весьма агрессивной обработки образцов. Их нужно было обрабатывать химикатами, потом высушивать и наносить специальное покрытие. Другой вариант – заморозка. В обоих случаях поверхностный слой хромосом оказывался поврежденным или полностью разрушался.

Технология A–ESEM впервые показала, что уплотненные хромосомы покрыты многочисленными выступами. Это хроматиновые волокна, закрученные в петли, и их размер в среднем составляет 30 нм.

Еще ученые считают, что им удалось рассмотреть нуклеосомы – структуры размером 12 нм, на которые ДНК намотана, как на катушку.

Исследователи считают, что новые снимки хромосом помогут:

расширить понимание молекулярной наноструктуры хромосом;
взглянуть по-новому на структуру генетического аппарата;
идентифицировать дефекты в хромосомах, генах, которые приводят к заболеваниям у людей и снижению урожайности сельскохозяйственных растений;
понять, как создавать синтетические организмы с искусственной генетической информацией.

Меня такие открытия очень вдохновляют, и о них поскорее хочется всем рассказать. А вы что думаете? Как считаете6 наука постепенно решит все наши проблемы, или ученые таки «доиграются» с генами?