محققین اولین اسکن جهان از غشای یک سلول زنده را در سطح مقیاس نانو تکمیل و تهیه کردند. جزئیات بیشتر این عکس در نهایت می تواند بحث های طولانی در مورد نحوه عملکرد آنها را برطرف کند.
تکنیک استفاده شده برای این تصویر افسانه ای، می تواند اساس مطالعه ساختارهای در مقیاس نانو در موجودات زنده را تغییر دهد.
این تحقیق توسط یک تیم از دانشمندان آزمایشگاه ملی “اوک ریج” در تنسی انجام شد که ترکیبی از تکنیک های نشانه گذاری ژنتیکی و شیمیایی را برای اضافه کردن یک ایزوتوپ هیدروژن به غشای سلولی زنده باکتری”باسیلوس سوبتیلیس”استفاده کردند.
غشا تمام سلولهای زنده از لایه های نازک مولکولهای چربی یا لیپید تشکیل شده اند که از اجزای دیگر مانند کانالهای پروتئینی و زنجیره کربوهیدرات پشتیبانی می کنند.
به بیان ساده، لیپیدها بین لبه ی مرطوب درون سلول و لبه ی مرطوب خارج از سلول، یک سد می سازند. پروتئین ها معمولا را برای کنترل آنچه به سلول وارد و از آن خارج می شود ساختارهایی شبیه دروازه تشکیل می دهند. سایر مواد شیمیایی مانند کربوهیدراتها به عنوان برچسبهای شناسایی عمل می کنند.
درحالیکه به اندازه زیادی ساده به نظر می رسد، در سیتولوژی همواره درباره وجود یا عدم وجود چیزی به نام “قایق چربی” یا تکه های چربی (Lipid rafts)، بحث وجود دارد.
این تکه های چربی، بخشی هایی از غشا هستند که بصورت نواحی مستقل عمل می کنند و در پی آن غشای سلول کمی شبیه به یک پازل لرزان بنظر می رسد.
فرض بر این است که حرکت این تکه های چربی می تواند مکانیسمی برای کنترل بیشتر عمل پروتئین ها در خارج و یا داخل سلول، از طریق جابجایی آنها باشد.
ساختار سلولها اغلب با استفاده از برچسبهای فلوئور سنت مورد بررسی قرار می گیرند که یک مولکول خاص را دنبال و نشانه گذاری کرده و استفاده از میکروسکوپ نوری را آسان می کنند.
متاسفانه روش مشخصی برای تعیین محل شروع حرکت یا توقف یک قایق چربی وجود ندارد، حتی اگر وجود داشته باشد پیش بینی می شود آنها بسیار کوچکتر از آن باشند که با میکروسکوپ نوری دیده شوند.
با استفاده از میکروسکوپ الکترونی ممکن است تفکیک پذیری بهتری ارائه شود، اما سلول در هنگام مشاهده از کار افتاده و عملکردی نخواهد داشت.
برای ساخت یک تصویر واضح، تیم ازمایشگاهی ملی “اوک ریج” از تکنیکی به نام “پراش نوترون” برای رفع تفاوتهای ظریف در آرایش مولکولها در غشای سلولی یک باکتری استفاده کردند.
این کار نه تنها باعث ایجاد تفکیک پذیری و دقت در حد نانوذرات شد، بلکه این کار را بدون مختل کردن عملکرد غشا انجام داد، و اجازه داد تا بدون تخریب لایه های بیرونی سلول تصویری بسیار دقیق از انها ایجاد کند.
آنها اما هنوز دو چالش دارند که باید به آنها غلبه کنند؛ اول آنکه، در حالیکه پراش کم انرژی نوترونها لزوما برای باکتری ها کشنده نیست، اما این پدیده هنوز هم میتواند باعث ایجاد تداخل با فرایند های بیولوژیکی شود.
دوم آنکه، نوترونها در تفکیک بخش های متفاوت کارامد هستند، اما برای پاسخ به پرسش قایق های چربی، آنها به تشخیص مولکولهای مختلف چربی از همدیگر نیاز دارند.
هسته ی ۹۹٫۹۸ درصد از تمام اتمهای هیدروژن درجهان، چیزی بیش از یک پروتون نیست.
کسر کوچکی از یک درصد اتمهای هیدروژن به یک نوترون متصل هستند، که آن را “دوتریوم” می نامیم.
در حالیکه هیدروژن و دوتریوم هر دو در مولکولهای تشکیل دهنده ی سلولهای ما، یک کار مشابه را انجام می دهند، اما نوترونها را به روشهای مختلفی پراکنده می کنند.
محققان سویه ای از باکتری باسیلوس سوبتیلیس ایجاد کردند که لیپیدهایی را در غشای خود جای می دهد که نسبت هیدروژن و دوتریوم آنها به مقدار خیلی ناچیز متفاوت است.
اگر فرضیه ی “قایق چربی” صدق نکند، دانشمندان انتظار دارند که آرایش یکنواختی از مولکولهای چربی را ببینند.
در عوض، محققین تفاوتهایی را در نحوه آرایش لیپیدها در مناطق فرض شده و اندازه پیش بینی شده برای انها مشاهده کردند.
درست است که این تضاد در مدل زیر قابل مشاهده نیست اما ا به شما پیش زمینه ای ذهنی در مورد چگونگی ساختار سلول باکتری می دهد. اجزای چسبنده سیتوپلاسم در پایین؛ لایه لیپیدی غشا در وسط و دیواره سخت سلولی در بالاترین قسمت.
افرادی که ساختارهای در مقیاس نانو را در موجودات زنده مطالعه می کنند، به استفاده از انواع خاصی از پروب دارند. آنها قبل از این از پراش نوترون استفاده نمی کردند چرا که در حیطه دانش آنها نبود، حال، این رویکرد تجربی جدید، زمینه های تازه ای از پژوهش را شکوفا می سازد.
منبع: www.sciencealert.com
