دراسة الكائن الحي عملية معقدة وتتطلب دقة. لقد نجحت طرق المسح الحديثة في هذا. اليوم يمكننا أن ندرس بتفاصيل كافية الجسم أو العضو الفردي في صور ثلاثية الأبعاد. منذ حوالي مائة عام ، لم يكن بالإمكان الحصول على رؤية ثلاثية الأبعاد للأعضاء عن طريق إزالتها من الجسم وفحصها مباشرة ، إذا جاز التعبير. ومع ذلك ، هناك دائما بعض "لكن". لكن حتى أكثر أجهزة المسح الضوئي والمجهرية دقة لا يمكن أن تعطي دقة بنسبة 100٪. الآن ، إذا كان من الممكن جعل كل شيء غير مرئي ، وترك هذا الجزء من الجسم الذي نريد أن ندرسه مرئيًا. يبدو مثل الخيال العلمي ، أليس كذلك؟ انا موافق ولكن الآن هو حقيقي. اليوم سوف نتعرف على دراسة طريقة جديدة لمسح الكائنات الحية باستخدام مثال ذبابة الفاكهة. كيف تمكن العلماء من جعل عجول الفاكهة العادية "غير مرئية" ، ومدى دقة طريقة المسح الخاصة بهم وكيف سيساعد ذلك في تشخيص الأمراض التي تصيب الإنسان؟ الإجابات على هذه الأسئلة وغيرها يمكن أن نحصل عليها فقط في تقرير الباحثين. لذلك دعونا لا تسحبه. دعنا نذهب.
أساس الدراسةكما قلت في إحدى
المقالات السابقة ، كانت الشخصية الرئيسية ، كما هي الحال اليوم ، ذبابة الفاكهة ، هذه الحشرة الصغيرة ، وفي الحقيقة ، مزعجة ، هي موضوع العديد من الدراسات. من خلال مساعدته ، يدرس العلماء الكثير من الأشياء: من الديناميكا الهوائية إلى الجهاز العصبي. وهو عن الأخير الذي سيتم مناقشته اليوم. دراسة هذه النظم المعقدة في هذه الكائنات الصغيرة محفوفة ببعض الصعوبات. نحن على دراية بالفعل بطرق دراسة الكائنات الحية عن طريق تقطيعها إلى العديد من طبقات سامسونج. هذه الطريقة تجعل من الممكن دراسة العديد من الأنظمة بمزيد من التفصيل. ومع ذلك ، فيما يتعلق بالجهاز العصبي ، هذه الطريقة ، وفقا للباحثين ، تنتهك السلامة الخلوية ، مما يعقد عملية دراسة أجزاء فردية من النظام.
إذا طبقنا المسح على الكائنات الصغيرة دون وجود "طبقات" جسدية ، فسنرى جميع الأنظمة في نفس الوقت. لكن العلماء يريدون دراسة نظام واحد فقط ، في حين أن الآخرين لا ينبغي أن تتداخل مع هذه العملية. لذلك ، توصلوا إلى فكرة رائعة وبسيطة - لجعل كل شيء غير مرئي (أو شفاف إلى حد ما) ، وترك النظام الضروري دون مساس.
في الوقت الحالي ، هناك أدوات كافية لتنفيذ هذه الفكرة ، يبقى فقط دمجها معًا. المكونات الرئيسية لطريقة المسح الجديدة التي تسمى FlyClear (تكريما لأول موضوع اختبار - ذبابة ذبابة الفاكهة) هي "تنظيف" وتنظير المجهر.
تم اختيار ذبابة الفاكهة كموضوع اختبار لسبب ما. أساس معظم طرق تنظيف الأنسجة هو التعديل الوراثي للكائن الحي الاختبار. في هذه الحالة ، هو مضان. هذه العملية معقدة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً. كلما زاد حجم الجسم ، سيتم إنفاق المزيد من الوقت على التعديل. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن تعديل جميع المخلوقات بالطريقة التي يريدها العلماء. ذبابة الفاكهة يفسح المجال بسهولة لمعالجات وراثية مماثلة ، وهذه العملية لا تستغرق الكثير من الوقت.
في الوقت الحالي ، فإن الطريقة الأكثر شيوعًا لدراسة الكائنات الحية هي الفحص المجهري متحد البؤر ، لكنها لا تتم إلا بعد تشريح الأنسجة. السؤال الذي يطرح نفسه - وإذا لم يكن لتشريح؟ في هذه الحالة ، نحصل على صورة باهتة منخفضة الجودة ، وستستغرق العملية نفسها الكثير من الوقت. سيتم أيضًا ملاحظة الامتصاص القوي وتشتت الفوتونات في العينة ، خاصة مع زيادة تصبغ الأنسجة (كما هو الحال في ذبابة الفاكهة). وفقا لذلك ، يجب تنظيف العينة ، وهذا هو ، وجعلها شفافة. وبالتالي ، لتسوية انخفاض في كثافة الإشارة وتحقيق القرار المكاني موحد. الطريقة الرئيسية لنسج "غير شفاف" (اسمح لي للكلمة الوهمية) هي تقليل معامل الانكسار عند الحدود بين المكونات الخلوية.
لا ينكر الباحثون أن هناك الآن العديد من الطرق التي أصبحت بالفعل كلاسيكية لجعل الأقمشة شفافة. ومع ذلك ، يزعمون أيضًا أن هذه الأساليب لها عدد من العيوب. الحفاظ على التشكل ، واستقرار مضان ، وعمق المسح وهلم جرا - مع كل هذه الجوانب ، والطرق الحالية ، بعبارة ملطفة ، ليست بخير. بالإضافة إلى ذلك ، لا يعطي أي منهم تصبغ كامل للأنسجة.
اتضح أنه لإجراء مسح أفضل للأجسام الصغيرة ، لا يزال من الضروري إجراء مقطع عرضي من الأنسجة؟ ليس حقا يستشهد العلماء بنفس ذبابة الفاكهة كمثال. تقع الخلايا العصبية الحسية في ذبابة الفاكهة في مناطقها المحيطية (الأرجل والعينان والهوائيات) ، ولها صلات طويلة جدًا مع العديد من الأعصاب ومع الدماغ. إذا تم تقسيم هذه المناطق إلى طبقات ، فلن نحصل على صورة كاملة عن كيفية تنظيم الجهاز العصبي في هذه المناطق.
في هذه الدراسة ، سمحت طريقة FlyClear لنا لإزالة تصبغ أنسجة ذبابة الفاكهة ، وفضح نظامها العصبي. استغرق الأمر حوالي شهر. وقد سمح لنا الفحص المجهري بالتصوير لأصغر الوصلات العصبية وبناء خريطة كاملة للجهاز العصبي للقرية. لعبت المادة أيضًا دورًا كبيرًا ، حيث كان من الممكن "تلوين" الجهاز العصبي بلون أخضر ساطع - وهو بروتين فلوري أخضر (يشار إليه فيما يلي باسم ZFB). يستخدم جين هذا البروتين ، الذي تم الحصول عليه من قناديل البحر Aequorea victoria ، على وجه التحديد لتعديل الجينات لعينات الاختبار.
قناديل البحر Aequorea فيكتوريا.تمت معالجة البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة الفحص المجهري الفلورسنت بواسطة خوارزمية خاصة تسمح لك بإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد بدقة عالية.
إعداد الدراسةالتنظيف البصري لأنسجة ذبابة الفاكهة ليست عملية سهلة. الهيكل العظمي الشيتيني وعيون العين السطحية هي أصعب المناطق في الجسم الخفيف لهذا الإجراء. إن طرق تنظيف الأنسجة المتاحة حاليًا ليست مثالية ، لأن الباحثين قاموا بإنشاء طرقهم الخاصة - FlyClear ، والتي ذكرتها سابقًا.
يجمع FlyClear بين العديد من الطرق السابقة. وأول هذه العناصر في هذه العملية هو CUBIC (الكوكتيلات الواضحة دون عائق لتصوير الدماغ). تعتمد الخطوات الإضافية على حالة العينة (يرقة أو بالغ).
خيارات الإجراء FlyClear.في حالة اليرقة ، يتم استخدام 0.03 ٪ البروتياز والتثبيت الفورمالديهايد. الحقيقة هي أن البروتياز يكسر روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية للبروتينات ، وهذا يساعد على "تلطيخ" الأنسجة. بعد ذلك ، يتم استخدام الأسيتون على عينة النفاذية (التغييرات في نفاذية غشاء الخلية).
نجح العلماء في تحسين مرحلة CUBIC عن طريق استبدال [CH
3 CH (OH) CH
2 ]
2 NCH
2 CH
2 N [CH
2 CH (OH) CH
3 ]
2 (N، N، N '، N-tetrakis (2-hydroxypropyl ) إيثيلينديامين) في C
10 H
24 N
2 O
4 (2.2 '، 2 "، 2"' - (إيثيلين دينيتريل) -ترايثانول)). هذا التغيير جعل من الممكن تحقيق تصبغ كامل للأنسجة ، بما في ذلك في المناطق المعقدة (العين والبشرة).
لذلك ، فإن طريقة كاملة لتصبغ الأنسجة يعمل. أنت الآن بحاجة إلى التحقق من المرحلة الهامة الثانية من الدراسة - التألق. بتعبير أدق ، من الضروري التحقق مما إذا كان الكاشف الجديد C
10 H
24 N
2 O
4 سوف يقمع إشارات التألق ، بالنظر إلى أن ذبابة الفاكهة لديها بالفعل مضان منخفض بعد التلاعب الجيني. للاختبار ، تم تقسيم العينات (أجسام ذبابة الفاكهة) إلى نصفين: نصف واحد لم يعالج ، والثاني مع العلاج. أظهر التحليل أن مستوى شدة ZFB ينخفض فعليًا عند استخدام C
10 H
24 N
2 O
4 ، لكن هذا لا يؤثر على الدقة الكلية. وكل ذلك بفضل حقيقة أن نفس الكاشف سمح لتحقيق درجة عالية من تصبغ الأنسجة. وهذا هو ، مزايا كاشف تسوية أوجه القصور فيها.
يجب النظر في العينة النهائية ، إذا جاز التعبير ، ولهذا ، تم استخدام الفحص المجهري المتقدم للحصول على صورة للعينة بنفس الدقة في جميع الطائرات.
النظام البصري: 1 و 3 - عدسة أسطوانية غير كروية بلانو محدبة ؛ 2 - عدسة باول. 4 - اهليلجيه apodizing الناعمة الفتحه؛ 5 و 6 - العدسات الاسطوانية.عادة ، يستخدم الفحص المجهري القياسي عدسات أسطوانية وفتحة مستطيلة. في هذه الدراسة ، تم استخدام مكونات إضافية لتغيير شكل الشعاع إلى نحيف للغاية مع خصائص محسنة.
يرجع استخدام العدسات الكروية إلى القدرة على الحصول على صورة بدون تشويه وبأقل انحراف.
تم تغيير الفتحة القياسية أيضًا إلى الفتحة الناعمة ذات الإهليليجية (في الصورة أعلاه بالرقم 4). الفتحة الجديدة قضت على توزيع الكثافة غير المرغوب فيها في النظام البصري.
نتائج البحوثفيما يلي الأنظمة المحددة لكائن ذبابة الفاكهة (الجهاز التنفسي ، البصري ، العصبي ، وما إلى ذلك) التي تم تسليط الضوء عليها بواسطة ZFB ، في حين أن بقية الأنسجة تكون ناقصة الصباغ تمامًا.
حتى لا تمدد المقالة ، أخفت كل شيء تحت المفسد.
المرحلة الثالثة من اليرقة: القصبة الهوائية ، الجهاز الهضمي والغدد اللعابية. السلف: نظام بصري متطور وتعصيب للأعصاب القطاعية في سلسلة العصب البطني. أطراف ذبابة الفاكهة الكبار. خادرة: النظم البصرية والشمية. الخلايا العصبية الحسية للعيون ، الهوائيات ، الفك العلوي (الفك الثاني) والوسم ، وكذلك ارتباطها بالجهاز العصبي المركزي لشخص بالغ. اتصال العصب antennal والفص antennal في شخص بالغ. يسمي العلماء دون تردد أكبر إنجاز لأبحاثهم القدرة على إنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد كاملة للجهاز العصبي. وإذا كنت تعتقد أن هذا النظام ينتمي إلى مثل هذا الكائن الحي الصغير (ذبابة الفاكهة) ، يصبح هذا الإنجاز أكثر أهمية.
تتيح لك التقنية الجديدة تحديد مكان وكيفية اتصال هذه الخلايا العصبية أو غيرها بدقة ، سواء فيما بينها أو مع الدماغ. إذا تم استخدام مقطع عرضي ، فلن يكون هذا ممكنًا.
كدليل على إمكانيات طريقة عملهم ، يُظهر لنا العلماء نوعان من الخلايا العصبية للنظام البصري الدروسوفيلا:
DCN - الخلايا العصبية العنقودية الظهرية
والعصبية العظمية MCN - الدماغ (أعمدة القشرة في الجزء الخلفي من الدماغ). في المنطقة الظهرية الجانبية للدماغ ، تشكل مجموعات DCN مركبات مبدئية لإثارة الخلايا العصبية المتشابكة في النخاع والفصوص في الفص البصري. (الصور أعلاه ،
ج ).
في الصور (
ب) و (
د) ، يكون فقدان الارتباط المفصلي في الطفرات المتجانسة للخلايا العصبية العصبية واضحًا. وترتبط هذه التغييرات في الجهاز العصبي بدقة مع عملية تنقية الخلايا FlyClear.
لبناء إعادة بناء ثلاثية الأبعاد ، تم التقاط الصور من اتجاهين متعامد ، والتي تم دمجها بعد ذلك. تحدد الخوارزمية المستندة إلى 3D FFT تفاصيل عينة تبدو أكثر وضوحًا في أحد مكدسات الصورتين. علاوة على ذلك ، تم دمج كل هذا في عملية إعادة بناء ثلاثية الأبعاد.
يمكن لأولئك الذين يرغبون في التعرف على الدراسة بمزيد من التفصيل قراءة
تقرير العلماء والمواد الإضافية الخاصة به.
خاتمةالعلماء ليسوا عبثًا يتفاخرون ويفخرون بعملهم ، لأن هذا لم يحدث من قبل. كانت طريقة الطبقات بواسطة المقطع العرضي هي المهيمنة في مجال البحث على الكائنات الحية. ولكن هذه الطريقة ، على الرغم من أن لها العديد من المزايا ، إلا أنها لها عيوب كبيرة. على وجه الخصوص ، تنتهك الشقوق سلامة الخلايا والأنسجة ، مما يعقد عملية إعادة بناء نظام جسم معين.
أصبح استكشاف كائن حي مع نظام عصبي معقد ، عندما تكون كل التفاصيل مهمة ، أسهل الآن. سيتمكن العلماء من الحصول على مزيد من البيانات ، مما سيسمح لهم بوصف تلك العمليات أو غيرها من العمليات في الجسم بمزيد من التفصيل.
أيضا ، لا تنس أن ذبابة الفاكهة هي فقط التجريبية في هذه الدراسة ، وليس أساسها. تحسين طريقة المسح الجديدة يمكن أن يخدم الشخص أيضًا. وليس فقط لدراسة الجسم وعناصره المكونة ، ولكن أيضًا لتشخيص الأمراض التي يمكن إخفاؤها في المراحل المبكرة حيث لا يمكن لطرق المسح المتاحة حاليًا تحديدها.
يفتح البحث الكثير من الأشياء الجديدة: أنواع جديدة من الحيوانات ، مواد جديدة ، عمليات وظواهر. لكن بدون البحث الذي يهدف إلى إنشاء أدوات بحث ، كان كل هذا مستحيلًا.
وبطبيعة الحال ، الجمعة offtopic:اليوم ، في دائرة الضوء ، كان هناك ذباب مرة أخرى. وحيث توجد الذباب ، هناك العناكب. ولكن ليس كل العناكب رهيبة في المظهر. بعضهم يرقص بشكل جيد.
آمل أن يكون هذا الفيديو قد جعلك تبتسم (وربما يبدأ قليلًا خائفًا من العناكب).
شكرا لكم ونتمنى لك عطلة سعيدة
شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ،
خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من خوادم الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1 جيجابت في الثانية من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).
VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 مراكز) 10GB DDR4 240GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية حتى 1 يناير مجانًا إذا تم الدفع لمدة ستة أشهر ، يمكنك طلب
هنا .
ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ لدينا فقط
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة الأمريكية! اقرأ عن
كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟