میکروسکوپی انقلابی پرده از دنیای نامرئی پلانکتونها برداشت
یک جهش بزرگ در فناوری میکروسکوپی، ساختار پنهان و داستان تکاملی پلانکتونها (نیروگاههای نامرئی اقیانوسها) را آشکار کرده است.
در دوران همهگیری کرونا، پیشرفتی در روشهای تصویربرداری به دانشمندان اجازه داد دید ما از پلانکتونها را گسترش دهند. به گزارش پایگاه علمی خبری دانه، به نقل از سایت sciencedailyپژوهشگران با استفاده از روش جدیدی به نام میکروسکوپی گسترش فراساختار (Ultrastructure Expansion Microscopy, U-ExM) برای نخستین بار توانستند درونمایهی صدها گونهی دریایی را با جزئیات بیسابقه مشاهده کنند.
پلانکتونها: موتورهای نامرئی زمین
پلانکتونها ارگانیسمهای میکروسکوپی هستند که بخش عمدهای از اکسیژن زمین را تولید میکنند و پایهی زنجیرهی غذایی اقیانوسها را میسازند. تنوع آنها حیرتانگیز است. دهها هزار گونه تاکنون شناسایی شده و بسیاری دیگر هنوز ناشناختهاند. در میان آنها، پروتیستها (تکسلولیهای یوکاریوتی) از نظر تکاملی بسیار مهماند. با این حال، سالها مطالعهی آنها تنها از طریق دادههای ژنتیکی ممکن بود، زیرا روشهای تصویربرداری پیشین قادر به نمایش ساختار درونی پیچیدهشان نبودند.
کشف بزرگ در دوران کرونا
در دوران قرنطینهی کرونا، «اومایا دودین» در مؤسسهی EPFL موفق شد. روش تازهای را برای دیدن ساختار درونی گونهای از پروتیستها (Ichthyosporea) – خویشاوند نزدیک حیوانات و قارچها – به کار گیرد و دیوارهی سلولی مقاوم آنها را از میان بردارد.
این روش که میکروسکوپی گسترشیافته (Expansion Microscopy) نام دارد، ابتدا در MIT ابداع شد و بعد توسط «پل گوئیشار» و «ورجینی هامل» در دانشگاه ژنو به سطحی جدید با عنوان U-ExM ارتقا یافت. در این نسخهی پیشرفته، سلولها در ژل شفاف قابل انبساطی قرار میگیرند و با جذب آب تا ۱۶ برابر بزرگتر میشوند، در حالیکه ساختار درونیشان بدون تخریب حفظ میشود. این کار اجازه میدهد با میکروسکوپ نوری ساده، جزئیاتی فراتر از محدودیت طولموج نور دیده شود.
همکاری جهانی و آغاز پروژه PlanExM
پس از آن همکاری بلندمدتی آغاز شد که طی سه سال منجر به تولید مجموعهای بیسابقه از دادهها دربارهی صدها گونهی پروتیست شد. این همکاری پایهی پروژهی جدیدی به نام PlanExM را گذاشت برنامهای برای نقشهبرداری از تنوع ساختاری پلانکتونها با استفاده از میکروسکوپی گسترشیافته.
در چارچوب سفر پژوهشی در امتداد سواحل اروپا (TREC Traversing European Coastlines) که با همکاری صدوپنجاه گروه پژوهشی از بیستویک کشور اروپایی اجرا میشود و هدفش برسی اثرات عوامل محیطی بر میکروارگانیسمها،گیاهان وموجودات ساحلی است ، این تیم تحقیقاتی در ایستگاه بیولوژیک «روسکوف» فرانسه که یکی از بزرگترین مجموعههای ارگانیسمهای دریایی اروپا را در خود دارد، از میان بیش از ۲۰۰ گونهی پلانکتون نمونهبرداری کرد.
«فلیکس میکوس» (Felix Mikus)، یکی از نویسندگان اول مقاله، میگوید:
«ما سه شبانهروز فقط مشغول ثابتسازی نمونهها بودیم. این گنجینهای بود که نمیتوانستیم از دست بدهیم.»
نقشهبرداری از اسکلت سلولی زندگی
پژوهشگران با استفاده از نمونههای روسکوف و بیلبائو، مطالعهای جامع دربارهی سیتواسکلتون (شبکهی رشتهای درون سلول) انجام دادند؛ ساختاری که به سلول شکل میدهد، تقسیم و حرکت را ممکن میسازد. تمرکز اصلی آنها بر میکروتوبولها(ساختارهای لوله مانند که بخشی از اسکلت سلولی هستند.) و پروتئینهای سنترین ( پروتئینی ساختاری که به ساختارهای سیتواسکلتون مرتبط است.)بود.
«هیرال شاه»، پژوهشگر پسادکتری در EMBL، میگوید:
«ما توانستیم الگوهای میکروتوبول و سنترین را در گروههای مختلف یوکاریوتی نقشهبرداری کنیم. گستردگی دادهها به ما اجازه میدهد دربارهی مسیرهای تکاملی سلولها پیشبینیهایی داشته باشیم.»
افشای الگوهای تکاملی
«آرماندو روبیو راموس» از دانشگاه ژنو توضیح میدهد:
«U-ExMدارد نگاه ما به فراساختار پروتیستها را متحول میکند. ترکیب این روش با تصویربرداریهای پرتوان و تحلیلهای مقایسهای، پلی میسازد میان دادههای مولکولی و سازمان فیزیکی حیات در مقیاس میکروسکوپی.»
نتایج این پژوهش نهتنها سازمان درونی سلولهای یوکاریوتی را روشنتر کرده، بلکه سرنخهایی دربارهی چگونگی تکامل ساختارهای درونی سلولها ارائه میدهد. این روش همچنین نشان داده که میتوان از آن برای مطالعهی مستقیم نمونههای پیچیدهی محیطی از دل اقیانوس نیز بهره برد.
«دی» در پایان میگوید:
«ما تازه در آغاز مسیر میکروسکوپی گسترشیافته هستیم. این شاید نخستین روش میکروسکوپی با وضوح بالا باشد که میتواند با مقیاس و جاهطلبی پروژههای بزرگ ژنومیک برابری کند.»
