Используя микроскоп, изобретенный в Морской биологической лаборатории (MBL), совместная группа биологов, разработчиков инструментов и ученых-вычислителей впервые измерила плотность относительно непостижимой, высококонденсированной формы хромосомного материала, которая появляется в клетках человека и других эукариот. Ученые MBL Майкл Шрибак (изобретатель микроскопа) и Томоми Тани вместе с Казухиро Маэсима из Национального института генетики Японии недавно сообщили о своих открытиях в журнале «Молекулярная биология клетки».
Ученые измерили плотность гетерохроматина, плотно упакованной формы хроматина, которая проявляется в виде темных рассеянных областей в ядре клетки. До недавнего времени считалось, что эта хромосомная «темная материя» содержит либо некодирующую ДНК, либо молчащие гены; однако новые исследования показывают, что ДНК гетерохроматина на самом деле не полностью неактивна. Чтобы исследовать эту возможность, необходимо описать физические свойства гетерохроматина в живых клетках, что было серьезной проблемой с использованием традиционной микроскопии. Команда смогла измерить плотность гетерохроматина в его естественном состоянии с помощью нового типа микроскопии, независимого от ориентации дифференциального интерференционного контраста (OI-DIC), который Шрибак впервые разработал в сотрудничестве с выдающимся ученым MBL Шинья Иноуэ в середине 2000-х годов. и продолжает улучшаться.
Это исследование, по словам Шрибака, является «первым важным применением OI-DIC», технологии, которая «идеально подходит для изучения структуры и движения в неокрашенных живых клетках и изолированных органеллах, потому что за ними можно следить в течение длительного времени». периоды времени неинвазивно."
«Это исследование является примером успешного и продуктивного взаимодействия между биологами, разработчиками микроскопов и учеными, работающими с данными, что является центральной особенностью науки MBL и основной областью роста в MBL», - сказал Дэвид Марк Уэлч., директор отдела исследований Морской биологической лаборатории.
Широко используемая биологами с 1970-х годов обычная ДИК-микроскопия использует интерференцию сдвига луча для создания контрастных изображений живых, немодифицированных клеток и тканей. В начале 1980-х годов в MBL Шинья Иноуэ, Роберт и Нина Аллен из Дартмутского колледжа независимо друг от друга изобрели DIC с улучшенным видео, что значительно улучшило технику и ее разрешение. Однако у ДИК все еще был недостаток, заключающийся в том, что ученому приходилось несколько раз вращать биологический образец, чтобы получить полное изображение, поскольку клеточные структуры вдоль плоскости сдвига луча невидимы. В 2002 году Шрибак предложил ориентационно-независимый ДИК (У. С. патентов 7233434 и 7564618), которые решили проблему. Микроскоп OI-DIC быстро делает изображения в разных направлениях сдвига луча, а затем обрабатывает окончательное изображение. Дополнительным преимуществом по сравнению с обычным ДИК является возможность количественного измерения образца.
Прошлым летом Томас Райнс, студент Чикагского университета, обучающийся вместе со Шрибаком в качестве стипендиата им. Джеффа Меткалфа, разработал метод измерения разрешения оптических микроскопов, уделяя особое внимание OI-DIC. «Этот микроскоп обеспечивает наилучшее разрешение и контрастность [из микроскопов ДИК]», - сказал Шрибак (около 250 нм при максимальном разрешении). Рейнс и Шрибак продолжат сотрудничество для разработки лучшего алгоритма анализа данных разрешения. Шрибак также сотрудничает с научным сотрудником MBL Патриком Ла Ривьером из Чикагского университета над разработкой системы DIC, не зависящей от трехмерной ориентации.