Brno je v oblasti elektronové mikroskopie skutečnou světovou velmocí. Ročně se zde vyrobí přibližně třetina veškeré světové produkce těchto špičkových přístrojů. Každoročně se zde také pořádají Dny elektronové mikroskopie. Není tak divu, že tento úžasný objev vznikl právě zde.

Nobelova cena

V roce 2017 byla udělena Nobelova cena za vynález kryoelektronové mikroskopie. Ta byla revolučním objevem pro detailní pozorování biologických tkání. Běžné elektronové mikroskopy totiž pracují za přítomnosti vakua, které organické struktury nezvládají nejlépe (obsahují vodu, která se ve vakuu odpařuje) a navíc proud elektronů běžných elektronových mikroskopů tyto biologické tkáně likviduje. Kryoelektronová mikroskopie umožnila tyto organické struktury zamrazit na teplotu kolem - 200 °C a lépe tak pozorovat i biologické struktury.

Nová metoda mění vše

Nově vynalezená metoda A-SEM je však mnohem rychlejší, levnější a vhodnější pro studium struktur živých organismů než kryoelektronová mikroskopie. Tato metoda totiž umožňuje pracovat se vzorky za přítomnosti vody v kapalném skupenství. To se doposud nikomu na světe nepovedlo. Není tak nutné drahé chlazení a navíc nedochází k poškození biologické tkáně vznikem ledových krystalů nebo odpařením vody.

Mikroskop pracuje nezvykle za vysokého tlaku plynu a při téměř 100% vlhkosti. Současně využívá nejmodernějších a velmi citlivých detektorů a umělé inteligence pro průběžnou optimalizaci podmínek tak, aby se zkoumaný vzorek vůbec nepoškodil. To je naprosto revoluční novinka, protože doposud se musel každý biologický vzorek nejprve zničit, aby mohl být pozorován. To nyní končí.

Metoda umožňuje pozorovat jak celé organismy (malé živočichy, roztoče, plísně či jiné houby), ale i bakterie nebo jednotlivé proteiny. A to v naprosto unikátním detailu a v jejich naprosto přirozeném stavu bez jakéhokoli ovlivnění či poškození. Navíc mohou pozorovat změny jednotlivým struktur vlivem změny podmínek - vysychání, působením chemické reakce aj.

Jak vypadá chromozom?

Se typickým tvarem chromozomu, který připomíná X se setkal téměř každý, kdo neprospal hodiny přírodopisu na základní škole. Ono samotné tvary lze pozorovat i pomocí běžného světelného mikroskopu například u buněk rostoucích mladých kořenů rostlin, kde dochází k intenzivnímu dělení.

Tento pohled je však naprosto nesrovnatelný s tím, v jakém detailu chromozom zobrazila právě nově vynalezená metoda A-SEM. Ukázalo se, že chromozomy mají ve svém kondenzovaném stavu velmi členitý povrch.

Budoucnost

Objev A-SEM se dá nyní považovat za jeden z největších pokroků ve výzkumu elektronové mikroskopie Pozorovat mikroskopické struktury biologických vzorků tak, aby nedošlo k jejich poškození či zničení byl cíl, za kterým mířili biologové z celého světa. A v Brně se to povedlo. Ústav přístrojové techniky Akademie věd ČR ve spolupráci s olomouckým Ústavem experimentální botaniky AV ČR jako jediní na světě zobrazili povrchovou strukturu živého rostlinného chromozomu.

Dočká se tak Česko po letech další Nobelovy ceny? Každý rok jsou udělovány Nobelovy ceny za ty nejvýznamnější objevy na poli vědy, nicméně velkou roli zde hrají i kontakty a vazby na současné laureáty. Nicméně když byla v roce 2017 udělena Nobelova cena za kryoelektronovou mikroskopii, pak by měl být oceněn i tento objev, který posouvá hranice pozorování biologických struktur ještě mnohem dál. Nechme se tedy překvapit.

Další zdroje k hlubšímu bádání

Enviromentální elektronová mikroskopie AV ČR

Budou se měnit učebnice? Vědci z Brna zobrazili reálnou podobu chromozomu (reportáž)

Nobelova cena za chemii byla udělena za kryoelektronovou mikroskopii