Методе испитивања ћелијске активности. Биологи

Прва особа која је лично видела целуларну структуру живог организма је изумитељ микроскопа Роберта Хоокеа. Године 1665. разматрао је целуларну структуру коре храста. Од тада је структура микроскопа и метода за проучавање виталне активности ћелија отишла далеко напред. И настављају да се развијају, дајући научницима нове и нове материјале за истраживања и теорије о функционисању структурних јединица живота на нашој планети.

Најпознатија имена у историји ћелија

Роберт Хооке, који је студирао структура биљних ћелија веровали су да су њихови зидови живи, а не садржај. Након 10 година, италијански доктор Марцелло Малпиги предложио је прву станичну теорију о структури биљака. Веровао је да све биљне органе формирају ћелије које имају цитоплазму. Антхони ван Лееувенхоек је прегледао људске црвене крвне ћелије и људске сперматозоиде, а познати француски зоолог Јеан Баптисте Ламарцк је претпоставио да су сви живи организми изграђени од ћелија. Одредбе модерног теорија ћелија увели су га немачки биолози Тхеодор Сцхванн и Матхиас Сцхлеиден и додали га руском патологу Рудолпх Виркхов. Тако је рођена нова ћелијска наука, која се догодила 1839. године, када су биолози користили само свјетлосне микроскопе и прилично лош арсенал знања.

Која наука проучава живот ћелија?

Задатак цитолога је да успостави ћелијска структура, његове структурне компоненте, закони виталне активности и нормално функционисање. Научна цитологија, од грчке речи "цитоц" - "ћелија", поред горе наведеног, проучава појаву и смрт ћелија, процесе репродукције. На граници овог знања је патологија ћелија, клиничка цитологија - наука која описује и проучава патолошка стања ћелије. Биохемија и биофизика ћелије проучавају основе њених виталних процеса. Генетика ћелија проучава законе наслеђивања и редистрибуцију материјала наслеђа на ћелијском нивоу. И свака од наведених грана биологије има свој план и методе за проучавање активности ћелија. Упознајмо се са најважнијим од ових метода које модерни биолози имају на располагању.

Фирст мицросцопес

Историјски, први уређаји за проучавање ћелија били су светлосни микроскопи. Принцип њиховог рада је да зраке свјетлости пролазе кроз прозирни објект, који затим улази у систем повећавајућих лећа. Модерни свјетлосни микроскопи омогућују повећање предмета проматрања за 2 тисуће пута. Али његове могућности су ограничене резолуцијом - минималном растојањем између две тачке, када су још увек видљиве као одвојени објекти. Границе ове способности су физичка својства природе светлости, дужина светлосног таласа. Најбољи модерни свјетлосни микроскоп вам омогућава да видите структуре са размаком између елемената од 0,25 микрометра. За поређење: величина бактерије Е. цоли је 2 микрометра. Према томе, светлосна микроскопија омогућава проучавање једноћелијских организама, структуре ткива и ћелија, али унутрашња структура ћелија органела, малих бактерија и вируса није доступна за овај метод проучавања ћелијске активности. Међутим, постоје одређене предности ове методе - она ​​вам омогућава да проведете ин виво студију биолошког објекта. Поред тога, различите методе лечења дају јасне слике и нашироко се користе у клиничкој дијагностици.

Електронска микроскопија

Граница резолуције може да се прекорачи ако се електрони користе умјесто свјетлости да би се добила слика. Такав корак направљен је 1931. године, када је издат први патент за трансмисијски електронски микроскоп. Овај уређај има и сочива, али нису стаклена, већ магнетна. Фокусирају електроне и приказују слику на екрану. Електронска микроскопија као метода за проучавање виталне активности ћелије омогућава да се објекат увећа милион пута, а граница резолуције се повећа на 0,5 нанометара. Модерни електронски микроскопи су прозирни и растерски (скенирање). Али без обзира на врсту уређаја за увећавање, он има своје мане. Упркос веома високој јасноћи слике, такви уређаји не дозвољавају проучавање биолошких објеката у животу, а припрема узорка за такву студију је веома дуг и скуп процес.

3Д модел ћелија

Један од најновијих начина проучавања виталне активности ћелије, старе само неколико деценија, је флуоресцентна микроскопија. Метода се заснива на увођењу специјалних светлећих етикета у ћелију (супстанце које под одређеним осветљењем светле у другој боји). Могу означити појединачне молекуле супстанце и пратити њихов пут у ћелији. Осим тога, такве ознаке пружају прекрасне и јасне тродимензионалне слике објекта.

Раздвојите кавез

За проучавање структуре појединих структурних компоненти ћелије важно је да се изолују у њиховом чистом облику, који је постао прилично реалан почетком 40-их година прошлог века. Таква сепарација на фракције је могућа коришћењем диференцијалног центрифугирања као једне од метода за проучавање ћелијске активности. План за примјену ове методе састоји се од двије фазе: разарања ћелије и одвајања компоненти у фракције које се разликују по својој молекуларној тежини. Они уништавају ћелијске зидове ултразвуком, пуцањем или једноставним брушењем.

У центрифуги, због центрифугалних сила, теже компоненте се прво слегну. Дакле, при великим брзинама центрифугирања, ћелијске језгре се прво таложе, затим митохондрије и друге органеле, а посљедње су рибозоми. Одвојене органеле лако се проучавају под микроскопом. Пажљивом применом ове методе проучавања ћелијске активности, очуван је план структуре органела и могуће је успоставити молекуларни механизам неких процеса. Коришћење фракционог центрифугирања омогућило је дешифровање фаза биосинтезе протеина у ћелијама.

Замрзните и прегледајте

Прилично нова метода у биологији ћелија је замрзавање-разбијање. Током нормалног замрзавања, кристали леда се појављују у ћелијама, што искривљује структуру. Али са брзим замрзавањем са течним азотом (температура минус 196 степени Целзијуса), вода се не трансформише у кристалну форму и ћелије се не деформишу. Затим се комадићи узорака секају, уклони се вишак леда и наноси се слој тешких метала. Тада се тканина узорка раствара, а отисак се оставља и као резултат се добија ефекат сенки. Слика у микроскопу добија се волуметријски. Коришћењем такве методе проучавања виталне активности ћелија било је могуће проучити структуру мембрана.

Метод културе

Које методе модерни научници користе за проучавање ћелија? Овдје је један од најнеобичнијих и невјеројатно обећавајућих - расте у посебним срединама. Овај метод се користи када су за истраживање потребне многе идентичне ћелије. И жив. Затим се припрема веома комплексна околина (13 аминокиселина, 8 витамина, глукозе, антибиотика и минералних соли) на коју се ставља култура ћелија. Познато је да ћелије у култури умиру након одређеног броја подјела. Али у култури се могу појавити мутантне врсте које су способне за бесконачну репродукцију. То су они и уносе чисту линију, која се назива трансплантацијом. Најпознатија таква линија је ХеЛа линија, ћелија рака грлића материце. Они су повучени 1952. године.

Целл Мицросургери

Ово је један од најзанимљивијих метода за проучавање ћелија. Код микроманипулатора (врло мале куке, пипете, игле, капиларе), ћелија се реже и може се додати као нешто, тако да се може уклонити. Специјалиста прати цео процес микроскопом. На тај начин, може се пресадити језгро једне ћелије у другу и доказати да је то фактор који одређује тип (такви експерименти су изведени са амебама). Ова метода отвара могућност увођења антитела и посебних протеина у живе ћелије, које значајно утичу на виталну активност. Метода се данас активно развија, широко се користи у генетичком инжењерству - посебан смјер биологије, чији је циљ манипулација генима организама и узгој умјетних протеина, ткива и цијелих организама.

Нанороботи у цитологији

Амерички биолози већ су створили нанопробе које могу пратити електрохемијске и биохемијске процесе у живим ћелијама. Експериментални модел је толико мали да може да стане у језгро или чак митохондрије.

Међутим, у Шведској је развијен наносензор који мери пХ у цитоплазми ћелије и може разликовати чак и појединачне молекуле хемијских супстанци у различитим деловима ћелије. Поред тога, он ће осетити веома слаб електрокемијски потенцијал, који настаје када се биомолекули придруже.

На Универзитету у Кембриџу, научници су дизајнирали нано-мотор који може унети било шта у ћелију, од молекула хранљивих до антитела. Звали су га "мрав" - он врши силу на предмет 100 пута већи од његове тежине. Изгледи "мрава" у медицини су упечатљиви.

И на крају. Здравствени сензори, молекуларни асемблери, нано-сонде и уређаји за чување информација више нису будућност технологије, већ садашњост. Амерички проналазач и футурист Раи Курзвеил тврди да се уз помоћ нанотехнологије људски биолошки нервни систем може повезати с Интернетом још 2030. године.