Fő tartalom
Tantárgy/kurzus: Biológia > 6. témakör
1. lecke: Bevezetés a sejtekbeMikroszkópia
A mikroszkópok és működésük bemutatása. Ismerkedés a fénymikroszkópiával, a fluoreszcens mikroszkópiával és az elektronmikroszkópiával.
Bevezetés
Ha találkoznál néhány sejtbiológussal, és rávennéd őket, hogy elárulják, mit élveznek leginkább a munkájukban, könnyen meglehet, hogy végül ugyanarra a dologra jutnának: titkon mindannyian mikroszkóp-rajongók. Végső soron amit a legjobban szeretnek az az, ha hosszú órákon át üldögélhetnek egy kicsi, sötét szobában, bizalmasan társalogva kedvenc kis sejtjükkel egy gyönyörű mikroszkóp lencséjén át. Lehet, hogy furcsának tűnik, de az igazság az, hogy a sejtek olyan csodálatosak tudnak lenni, mintha csak élő festett üvegmozaikok lennének. Egyik kedvenc példám erre az alábbi kép, amelyen egy apró virágos növény, a mustárral rokon lúdfű egy nagyon fiatal levelének sejtjei látszanak.
Ez a kép nem egy egyszerű fénymikroszkópos felvétel, hanem egy olyan speciálisan kezelt növény fluoreszcens képe, ahol a sejt különböző részeit molekuláris jelölőkkel (fluoreszcens festékekkel) látták el, hogy azok világítsanak. Ez a fajta sejtkomplexitás és szépség azonban mindig körülvesz minket, akkor is, ha szabad szemmel nem látjuk.
Bármelyik növényben könnyedén találhatsz olyan sejteket, amelyek ugyanilyen bonyolultan mintázottak és szépen formáltak – legyen ez akár a kertedben lévő rózsa, a járda mellett növekvő fű, vagy a sárgarépa, amit uzsonnára ettél. Sőt, ne is korlátozzuk ezt a növényekre: rendkívüli sejtrétegek találhatóak a bőrödben is, egy rovar szárnyában vagy bármely élő szövetben, amire csak rátekintesz. Mi, és a körülöttünk lévő valamennyi élőlény olyan, mint egy sejtekből épült katedrális. Mindössze egy kis mikroszkópia szükséges ahhoz, hogy értékelhessük.
Mikroszkópok és lencsék
Bár a sejtek mérete különböző lehet, azért rend szerint mindegyik elég kicsi. Egy tipikus emberi vörösvérsejt átmérője például körülbelül 8 mikrométer (0.008 milliméter). Ahhoz, hogy erről valamilyen elképzelésed legyen, egy gombostű fejének átmérője körülbelül egy milliméter, így körülbelül 125 vörösvértestet állíthatnánk sorba egyetlen gombostű fején keresztül. Néhány kivételtől eltekintve az egyes sejtek szabad szemmel nem láthatóak, így a tudósoknak mikroszkópokat (görögül: mikron- = “kicsi”; -szkopein = “nézni”) kell használniuk, hogy tanulmányozzák őket. A mikroszkóp egy olyan eszköz, mely felnagyítja azokat a tárgyakat, melyek túl kicsik lennének ahhoz, hogy szabad szemmel látni lehessen őket, és olyan képet készít róluk, melyen ezek a tárgyak nagyobbnak látszanak. A sejtekről készült legtöbb képet mikroszkóppal készítik, ezeket a képeket más néven mikrofotográfiának is hívják.
A fenti leírás alapján úgy tűnhet, hogy a mikroszkóp nem más, mint valamiféle nagyítóüveg. Bizony, a nagyítóüvegek tényleg mikroszkópnak minősülnek; ám mivel csak egy lencséjük van, ezeket egyszerű mikroszkópoknak hívjuk. A flancosabb eszközök, amelyekre általában a mikroszkóp szó hallatán gondolunk, az összetett mikroszkópok, ami azt jelenti, hogy több lencsével rendelkeznek. Az ilyen lencsék elrendezésüknek köszönhetően úgy tudják törni a fényt, hogy ezáltal sokkal nagyobb képet alkotnak, mint azt egy nagyító tenné.
A kétlencsés összetett mikroszkópban a lencsék elrendezése érdekes következménnyel jár: a látott kép tájolása a vizsgált objektum tényleges helyzetéhez képest megfordul. Ha például egy újságpapírt néznél, amin egy “e” betű van, a mikroszkópon át látott kép “ə"
Mi különböztet meg egy egyszerű kis mikroszkópot egy robusztus, laboratóriumban használt profi géptől? A mikroszkópiában két paraméter különösen fontos: a nagyítás és a felbontás.
- A nagyítás olyan mérőszám, amely megmutatja, hogy a mikroszkópot (pontosabban a mikroszkópba épített lencsék összességét) használva mennyivel tűnik nagyobbnak a vizsgált tárgy. A középiskolákban és egyetemeken általában használt fénymikroszkópok például nagyjából 400-szorosára növelik a képméretet. Így ha valami a valóságban 1 mm széles, az a mikroszkóp által alkotott képen 400 mm széles lesz.
- A mikroszkóp vagy lencse felbontása az a legkisebb távolság, amely távolságra elhelyezkedő képpontok még megkülönböztethetőek egymástól, vagyis még különálló pontokként képeződnek le. Minél kisebb ez az érték, annál nagyobb a mikroszkóp felbontóképessége, tehát annál élesebb és részletesebb lesz a kép. Tegyük fel, hogy két baktériumsejt nagyon közel helyezkedik el egymáshoz egy tárgylemezen. Egy alacsony felbontású mikroszkópba tekintve e két sejt egyetlen kis elmosódott pontot alkot, ám nagy felbontású mikroszkópon keresztül láthatjuk, hogy tökéletesen elkülönülnek egymástól.
Mind a nagyítás, mind a felbontás fontos tényező, ha éles képet szeretnénk kapni valamiről, ami nagyon apró. Ha egy mikroszkóp például nagy nagyítással rendelkezik, de alacsony felbontású, akkor csak egy elmosódott kép nagyobb változatát kapjuk eredményül. A különböző típusú mikroszkópok nagyításukban és felbontásukban is eltérnek egymástól.
Fénymikroszkópok
A diákok által használt legtöbb mikroszkóp fénymikroszkóp. A fénymikroszkópban a látható fény áthalad a vizsgált mintán, és a lencserendszeren keresztül megtörik, ezzel lehetővé téve, hogy a felhasználó nagyított képet lásson. A fénymikroszkópia előnye, hogy élő sejtek vizsgálatára is használható, így a mikroszkóp alatt megfigyelhetjük a sejtek mindennapos tevékenységeit (beleértve akár az olyan komplex viselkedést is, mint amilyen például a vándorlás vagy az osztódás).
A tanlaborokban található mikroszkópok általában átmenőfényes mikroszkópok, ami azt jelenti, hogy látható fény halad át a mintán, és a képalkotás közvetlenül, mindenféle módosítás nélkül történik. A fénymikroszkópok ennél némileg kifinomultabb típusai optikai trükköket használnak a kontraszt fokozására, ezáltal a sejtek és a szövetek részletei könnyebben láthatóvá válnak.
A fénymikroszkópia egy másik ága a fluoreszcencia mikroszkópia (vagy fluoreszcens mikroszkópia), amely fluoreszcens (a fény egy hullámhosszát elnyelő, majd egy másikat kibocsátó) mintákat használ. Egy meghatározott hullámhosszúságú fénnyel gerjesztik a fluoreszcens molekulákat, a molekulák által kibocsátott más hullámhosszú fényt pedig összegyűjtik és képalkotáshoz használják. A legtöbb esetben a vizsgálandó sejtek vagy szövetek a maguk természetes valójában nem fluoreszcensek, ezért fluoreszcens festékkel vagy jelölővel kell ellátni őket, mielőtt a mikroszkóp alá kerülnek.
A cikk elején látható levél képét egy speciális fluoreszcencia mikroszkóppal, úgynevezett konfokális mikroszkóppal készítették. A konfokális mikroszkóp lézer segítségével egy vékony mintaréteget gerjeszt, majd csak a célréteg által kibocsátott fényt gyűjti össze, éles képet készítve a környező rétegekben lévő fluoreszcens molekulák interferenciája nélkül
Elektronmikroszkópok
Néhány élvonalbeli fénymikroszkóp nagyon nagy felbontású képet tud létrehozni (ehhez pedig az előző fejezetben ismertetettnél jóval bonyolultabb módszerek szükségesek). Ha azonban valami nagyon apró dolgot nagyon nagy felbontásban szeretnénk látni, érdemes egy másik, jól bevált technikát alkalmazni: az elektronmikroszkópiát.
Az elektronmikroszkópok abban különböznek a fénymikroszkópoktól, hogy a minták képeit fénysugár helyett elektronsugár segítségével állítják elő. Az elektronok hullámhossza sokkal rövidebb, mint a látható fényé, ez pedig lehetővé teszi, hogy az elektronmikroszkópok a hagyományos fénymikroszkópoknál nagyobb felbontású képeket állítsanak elő. Az elektronmikroszkópok nem csak a sejtek, hanem a sejtalkotók és más szubcelluláris struktúrák vizsgálatára is kiválóan alkalmasak.
Az elektronmikroszkópia azonban nem használható minden esetben. A minták vizsgálata vákuumban történik, továbbá jellemzően nagyon bonyolult magának a mintának az előkészítése is. E tényezők eredményeképpen élő sejtek ezzel a módszerrel nem vizsgálhatóak, vagyis a biológiai alkalmazás némiképp korlátozott.
A fenti képen Salmonella baktériumok fénymikroszkóppal (balra) és elektronmikroszkóppal (jobbra) készített képei láthatóak. A baktériumok apró, lila pontokként jelennek meg a fénymikroszkópos képen, míg az elektronmikrofotón szépen látszik mind az alakjuk, mind a sejtfelszín szerkezete, továbbá láthatóak a megtámadott emberi sejtek részletei is.
Az elektronmikroszkópoknak két fő típusa létezik. A pásztázó elektronmikroszkópban (SEM) az elektronsugár előre-hátra mozog a sejt vagy szövet felszínén, és részletes képet készít annak 3D felületéről. Ezt a technikát használták a fenti jobb oldalon lévő Salmonella baktériumokat ábrázoló kép elkészítéséhez is.
Ezzel szemben a transzmissziós elektronmikroszkópiában (TEM) a képalkotás előtt a mintát rendkívül vékony szeletekre vágják (e művelethez például gyémánt vágóél használható), majd az elektronsugár áthalad a metszeten ahelyett, hogy csak érintené a felszínt
A fenti képen egy elektronmikroszkóp látható. E műszerek lényegesen nagyobbak és sokkal drágábbak, mint a hagyományos fénymikroszkópok. Mindez talán nem meglepő, hiszen képesnek kell lenniük többek között a szubatomi részecskék kezelésére is!
Szeretnél részt venni a beszélgetésben?
Még nincs hozzászólás.