Coole Tools: Visualisierung des unsichtbaren

Von Fluoreszenz-Bildgebung, die Proteine Elektronenmikroskopie aufleuchtet, die Zellstrukturen aufzeigt, haben Visualisierungstechniken buchstäblich und im übertragenen Sinne die Innenleben der Zellen beleuchtet. Trotzdem bleiben die Funktion vieler Proteine und Moleküle innerhalb der Zellen sowie die Details bestimmter kritischer zelluläre Prozesse schwer zu sehen.

Dank der Forschung von den National Institutes of Health finanziert, die Fähigkeit, peer weiter in den Körper auf zellulärer und subzellulärer Ebene ist ein besseres Verständnis der Zelle Struktur, Funktion und Regulation – alle sind in Normal und Krankheit Staaten beteiligt.

Fluoreszenztechniken

Zellbiologen verwenden Fluoreszenz imaging um zu zellulären Strukturen und Prozesse, oft in lebenden Zellen zu studieren. Durch die Färbung oder tagging von DNA, Proteine und andere Ziele mit einem Fluoreszenzfarbstoff ergaben Fluoreszenz bildgebende Verfahren Mechanismen der Zellteilung, Embryonalentwicklung und Nervenregeneration. Biologen beobachten jetzt ganze biologische Systeme mit einer Auflösung von etwa 20 Nanometern – 2500-Mal kleiner als die Breite eines einzelnen Haares. Forscher arbeiten auch um neue Arten von Farbstoffen, optisch aktive Materialien erstellen Kennzeichnung Strategien, fluoreszierende Proteine und Nanopartikel, heller und detailliertere Bilder zu produzieren.

Fluoreszenz-Techniken: ein neuer Ansatz, um Fluoreszenz-Bildgebung nutzt Licht, um Zell-Aktivität zu manipulieren. In dieses Video, ein blauen Laserstrahl aktiviert ein Protein namens Rac1, die dann die Bewegung von einem menschlichen Krebszellen stimuliert. Die Technik kann Rac1 drehen – und potenziell viele andere Proteine – ein- und ausschalten zu genauen Zeiten und Orten in lebenden Zellen. Bildnachweis: Yi Wu, das Hahn-Labor, Universität von North Carolina.

Live Cell imaging

Live Cell Imaging erlaubt es den Forschern, Einzelzellen oder subzelluläre Komponenten zu beobachten, während die Zelle kaum zu stören. Mit Hilfe von hochauflösenden Mikroskopen, Kameras und fluoreszierende Sensoren können sie Zeitraffer-Filme von zellulären und molekularen Interaktionen erstellen. Was sie sehen beantwortet Fragen über Genexpression, Zellteilung (Mitose), strukturelle Veränderungen während der programmierten Zelltod und vieles mehr.

Live Cell Imaging: dieses Video von Zellen aus afrikanischer Krallenfrosch Frosch verwendet live Cell imaging, um abnorme Mitose in Aktion zu erfassen. Nur eine Ende-zu-align Chromosom Verzögerungen Anaphase, die Bühne als Chromosomen an den beiden Enden der Zelle zu trennen. Credit: John Daum und Gary Gorbsky, Oklahoma Medical Research Foundation.

Einzelmolekül-Bildgebung

Biologen benutzen eine Reihe von Werkzeugen, um einzelne Moleküle zu studieren, einschließlich molekulare Manipulation mit optischen Pinzette, Einzelmolekül-Fluoreszenz-Spektroskopie und Mikroskopie und Scan-Methoden, um molekulare Oberflächen zuordnen. Durch die Beobachtung eines einzelnen Moleküls, können Forscher Fehler vermeiden, die aufgrund von durchschnittlich Daten in vielen Molekülen und erkunden Sie Details innerhalb von komplexen molekularen Mischungen.

Elektronenmikroskopie

Elektronen-Mikroskopie verwendet einen Strahl von Elektronen zu beleuchten und Zellen, die befleckt und vorbereitet auf den Folien zu vergrößern. Elektronenmikroskope können über 1.000 Mal stärkerer Vergrößerung als Licht-basierte Bildgebung und sind nützlich für alle grundlegenden zellulären Prozesse zu studieren sowie die Entwicklung von molekularen Tags für genetische Studien oder live Cellimaging erreichen. Sie haben bei der Suche nach der genauen Standorte von komplexen molekularen Baugruppen innerhalb der Zellen und bei der Bestimmung der Strukturen der Proteine beigetragen.

Der Sinn der Bilddaten

Wissenschaftler verwenden quantitative Bildgebungsverfahren (die durch Namen wie Bund, FRAP und Speckle Mikroskopie gehen), direkte molekulare Interaktionen innerhalb der Zellen zu messen. Die Daten vermitteln mehr über wie Proteine gemeinsam handeln, um die Zellfunktionen zu produzieren – etwas sie nicht lernen, aus der Analyse einzelner Moleküle – sowie wie Proteine zwischen Aktivitäten Übergang. Die Computer, die durch Bilddaten zu sortieren sind so programmiert, bestimmte Muster erkennen und beseitigen Sie Hintergrundgeräusche, effiziente Analyse der Stapel von Bildern ermöglicht.

Weitere Informationen:

• Zelluläre Bildgebung bei NIGMS
• Fortschritte in der Zelle aussortieren: Factsheet

Dieser im Life-Science-Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit dem National Institute of General Medical Sciences, Teil der National Institutes of Health zur Verfügung gestellt.