اولین تصویر از سلول زنده غشایی در مقیاس نانو گرفته شد

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ScienceAlert، این تکنیک که برای تولید تصاویر فوق‌العاده استفاده می‌شود، قادر به ایجاد تغییرات اساسی در روند مطالعات ساختارهای نانومقیاس در موجودات زنده است.

این مطالعه توسط گروهی از محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج در تنسی انجام گرفته است. آنها از ترکیبی از تکنیک‌های ژنتیکی و شیمیایی نشانگذاری(از طریق ایزوتوپ‌های تابشگر) استفاده کردند تا یک ایزتوپ هیدروژن به غشای سلول‌های زنده باسیلوس سوبتیلیس، نوعی باکتری میله‌ای، اضافه کنند.

غشای همه سلول‌های زنده از لایه‌های نازکی از مولکول‌های چربی یا لیپید ساخته شده است که انواع مواد آلی دیگر مانند کانال‌های پروتئینی و زنجیره‌های کربوهیدرات‌ پشتیبانی می‌کند.

لیپید سدی را بین واحدهای داخل یک سلول و واحدهای خارج از سلول ایجاد می‌کند. پروتئین‌ها معمولا ساختارهایی مانند دروازه را می‌سازند تا آنچه وارد و خارج می‌شود را در سلول تحت کنترل داشته باشند؛ مواد شیمیایی دیگر مانند کربوهیدرات‌ها نیز به عنوان کارت شناسایی عمل می‌کنند.

در حالی که این روند ساده به نظر می‌آید اما از دیرباز مبحثی در سیتولوژی وجود داشته که موجودیت چیزی به نام «قایق لیپیدی» را مطرح می‌کند. اینها بخشی از غشا هستند که به عنوان دامنه مجزا عمل می‌کنند و باعث می‌شود که غشای سلولی مانند یک برج لرزان از بلوک‌های چوبی عمل کند.

در تئوری بیان می‌شود که حرکات این قایق‌های لیپیدی، از طریق فعال و غیرفعال کردن اعمال پروتئین‌ها، قادر به ارائه مکانیزم کنترلی بیشتر در سلول هستند.

جان کاتسارا، سرپرست این پژوهش، در این باره بیشتر توضیح می‌دهد: «برخی از افراد بر این باورند که ساختار قایق لیپیدی وجود دارد، در حالی که برخی دیگر مخالف هستند. شواهد جامعی وجود دارد که از نظریه هر دو طرف حمایت می‌کند».

اغلب ساختارهای سلولی با استفاده از نشانگرهای فلورسنت که به دنبال مولکول خاصی هستند، آنالیز می‌شوند. در این روش با استفاده از یک میکروسکوپ نوری محل مولکول مذکور به راحتی شناسایی می‌شود.

متاسفانه هیچ روش آشکاری برای مشخص کردن زمان شروع یا پایان کار قایق لیپیدی وجود ندارد؛ اما حتی اگر چنین روشی هم وجود داشته باشد، میکروسکوپ نوری قادر به نشان دادن ساختارهای به این کوچکی نیست. استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی می‌تواند وضوح تصویر بهتری را ارائه بدهد اما در حین این مشاهده سلول قادر به عملکرد نخواهد بود.

برای تولید یک تصویر واضح‌تر، محققان آزمایشگاه اوک ریج از روشی به نام «پراکندگی نوترون» استفاده کردند تا تفاوت‌های ظریف در ترتیب آرایش مولکول‌های غشای سلولی یک باکتری را نشان دهند.

نه تنها این روش وضوحی در مقیاس نانو را ارائه داد بلکه می‌تواند این کار را بدون ایجاد مزاحمت برای عملکرد غشا انجام دهد، این امر منجر به تولید تصویری با جزئیات دقیق از لایه‌های خارجی سلول، بدون از بین بردن آن، می‌شود. اما پژوهشگران هنوز چندین چالش بر سر راه خود داشتند، برای مثال یک پراکندگی نوترون کم‌قدرت لزوما برای باکتری کشنده نیست اما هنوز هم می‌تواند در فرآیند بیولوژیکی اختلال ایجاد کند.

با وجود اینکه نوترون‌ها در آشکارسازی بخش‌های مجزا خوب عمل می‌کنند اما دانشمندان برای پاسخ دادن به سوال قایق لیپیدی نیاز به تشخیص مولکول‎های چربی مختلف داشتند. این جایی است که از ایزوتوپ استفاده می‌شود.

هسته 98 تا 99 درصد از همه اتم‌های هیدروژن در جهان از یک پروتئین تشکیل می‌شود. بخش کوچکی از یک درصد از اتم‌های هیدروژن دارای یک نوترون ضمیمه هستند که ما آن را دوتریوم، ایزوتوپ هیدروژن، می‌نامیم.

هیدروژن و دوتریوم کار مشابهی را در مولکول‌های تشکیل دهنده سلول‌ انجام می‌دهند اما نوترون‌ها را به شیوه‌های کمی متفاوت از هم، پراکنده می‌کنند.

مترجم: هانا حیدری