Ученые из научно-исследовательского института Карилион Политехнического университета Вирджинии изобрели новый способ получения непосредственных изображений с нанометровой разрешающей способностью различных биологических структур в их естественной среде обитания, в жидкой окружающей среде.

Эта технология является шагом ученых на пути к достижению основной цели – создания системы получения изображений с высокой разрешающей способностью происходящих на атомарном уровне биологических процессов.

В данной технологии используются две пластины из азотированного кремния с «окнами» по их центру и сложенными друг с другом таким образом, что зазор между ними не превышает 150 нанометров. Полость зазора между пластинами заполняется жидкостью, повторяющей по составу среду обитания изучаемых биологических объектов, строение которых и процессы внутри которых будут сниматься.

Но, как показала практика движение свободно плавающих в жидкости объектов не позволяет делать снимки с высокой разрешающей способностью. Поэтому исследователи нанесли на внутренние поверхности кремниевых пластин специальные «привязи» биологического происхождения, в роли которых могут выступать белки определенных видов, микроорганизмы и даже антитела, которые захватывают исследуемые объекты и удерживают их на месте.

И в результате всего этого ученые получили дополнение к электронному микроскопу, который позволяет исследовать на атомарном уровне такие тонкие процессы, как самосборка новых вирусов и проникновение вирусов внутрь клетки живого организма.

Рис. 1.

Первым микроорганизмом, изучение которого производилось с помощью новой технологии наносъемки, был ротавирус, являющийся одной из основных причин возникновения тяжелой формы диареи. Почти каждый ребенок в мире в возрасте до пяти лет заражается ротавирусом хотя бы один раз. И, несмотря на то, что данное заболевание легко поддается лечению в развитых странах, в развивающихся странах ротавирус уносит жизни до 450 тысяч детей ежегодно.

На втором этапе жизни этого болезнетворного микроорганизма ротавирус сбрасывает свой внешний защитный слой, что позволяет ему проникать в клетку и образовывать так называемую двухслойную частицу. Как только завершается формирование второго слоя ротавируса он начинает использовать биологические механизмы клетки для производства «армии» других ротавирусов.

Поэтому ученые в своих исследованиях сделали особый упор на изучении процессов формирования второго слоя ротавируса.

Съемка экземпляров ротавируса, удерживаемых на месте специальными антителами, дала такие же результате, как и традиционные методы съемки с заморозкой объектов.

Но, в отличие от традиционных методов, новая технология позволяет получить качественные снимки живых объектов и происходящих в них процессов.

Следующим шагом ученых будет совершенствование разработанной технологии наносъемки, после чего можно будет выполнять динамическую съемку биологических объектов в режиме реального времени. А это позволит более подробно узнать, что именно происходит в моменты, когда формируются новые вирусы и другие микроорганизмы. Обладание подобными знаниями позволит разработать эффективные методы и лекарственные препараты, позволяющие сражаться и побеждать различные вирусные заболевания.