Het leven steeds nauwkeuriger te volgen

Supermicroscoop SIM

Met de SI-microscoop zijn haarscherpe bewegende beelden te maken met een resolutie van 60 tot 80 nm


De laatste jaren is er op het gebied van microscopie wel het een en ander gebeurd. Alsof er geen diffractielimiet bestaat worden steeds kleinere voorwerpen met een (al of niet licht)microscoop waarneembaar. Nu schijnen onderzoekers rond Nobelprijswinaar Eric Betzig er in geslaagd te zijn met een nieuw type microscoop (SIM) het leven in een (levende) cel nog nauwkeuriger in beeld te brengen. Daarmee is te zien, bijvoorbeeld, hoe eiwitten in het ribosoom worden opgebouwd.
De diffractielimiet die werd geformuleerd door de Duitse natuurkundige Ernst Karl Abbe is geen flauwekul. Nauwkeuriger dan de helft van de golflengte van het licht waarmee een voorwerp wordt bekeken door de microscoop is niet haalbaar. Dan hebben we het bij een gewoon licht om een resolutiegrens van 200 nm (1 nm =10-9 m). Met allerlei trucjes kan die resolutie verder worden verkleind. Zo hebben we PaLM (door licht geactiveerde localisatiemicroscopie, Nobelprijswinnend), StED (gestimuleerde emissievermindering, ook Nobelprijswinnend) en SIM (Gestructureerde lichtmicroscopie), die daar voorbeelden van zijn.  Door gebruik te maken van lichttechnieken, fluorescentie (het ‘nagloeien’ van voorwerpen) en de computer, wordt de Abbelimiet voorbijgestoken.
Bij SIM, daarbij gaat het om in dit onderzoek, wordt het voorwerp onder de lens bekeken terwijl dat wordt verlicht door een patroon van licht, dat meer weg heeft van een streepcode dan van een lamp. Er worden verschillende patronen van licht gebruikt en de daaruit resulterende moirépatronen (interferentiepatronen) worden onder verschillende hoeken ‘gekiekt’ door een digitale camera. Met die beelden gaat de computer aan het rekenen en het rekentuig vertaalt die informatie in een haarscherp driedimensionaal beeld.
Eric Betzig, werkzaam bij het Hughes-institut in Ashburn, Virginia (VS), kreeg het vorig jaar, gedeeld, de Nobelprijs voor de scheikunde (!) voor zijn prestaties op het gebied van microscopie. Hij noemt de SIM-techniek bij uitstek geschikt om in levende systemen te loeren. De onderzoekers wisten de resolutie van de SIM-techniek van 100 nm naar 84 of zelfs 62 nm terug te brengen.
Dat bereikten ze met behulp van een zeer grote numerieke apertuur (opening) in combinatie met, het wordt allemaal wel erg technisch, totale interne fluorescentiereflectie (tirf). Daarmee zijn beeldjes in minder dan een seconde te maken, waardoor processen in cellen zijn te volgen. De hogere resolutie (45 tot 62 nm) werd bereikt door gebruik te maken van in de cel aangebrachte kunstmatige fluorescerende merkereiwitten, die met licht aan- en uit te zetten zijn.
Tot nu toe werd bij gebruikmaking van die merkereiwitten alle eiwitten tegelijk aangezet en, de meeste, direct daarop weer uitgezet. Dat betekende dat alleen in de donkerste hoeken nog fluorescentie waarneembaar was. Dat moest 25 keer gebeuren om een goed beeld te krijgen. De schakelbare eiwitten, begrijp ik hieruit, dienen als lichtbron.
De resolutie is dan wel hoog, maar de techniek is niet snel genoeg om een deugdelijk ‘filmpje’ te maken. Betzig kwam op het idee met behulp van ‘lichtmonsters’ een deel van de fluorescerende eiwitten uit en aan te zetten. “Dat werkt en snel ook.” De benodigde 25 opnames zijn zo in eenderde seconde te maken. Zo konden de onderzoekers waarnemen hoe structuureiwitten ‘bouwsels’ vormen. Andere onderzoekers zouden gratis van de microscoop gebruik mogen maken. Dat is voor hem geen probleem. Betzig: “Het grootste deel van het verhaal zit hem in de programmatuur, niet in de apparatuur.”

Bronnen: der Spiegel, EurekAlert

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe jouw reactie gegevens worden verwerkt.