Helt fremme i førerfeltet med Nobelpris-mikroskop
Årets Nobelpris i kemi gik til opfinderne af superopløsningsmikroskopi – en revolutionerende teknik, der bogstaveligt talt har gjort det umulige muligt. Takket være en gruppe forskere på Center for Advanced Bioimaging (CAB) er Københavns Universitet blandt de førende brugere af denne revolutionerende opfindelse.
Forskere over hele verden er begyndt at få øjnene op for de mange uanede muligheder, superopløsningsmikroskopi giver. Allerede i begyndelsen af 2012 anskaffede Center for Advanced Bioimaging (CAB) på Københavns Universitet dette epokegørende instrument, og centrets proaktive investering og mange timer foran det avancerede udstyr har ført til spændende opdagelser og publikationer.
Utænkeligt få år tilbage
Centerleder på CAB, professor Alexander Schulz er en af initiativtagerne til anskaffelsen af superopløsningsmikroskopet. Han er også en af dets mest erfarne brugere og fortæller:
“Med superopløsningsmikroskopet overskrider vi så at sige grænsen for det mulige. Vi er i stand til at afdække hidtil ukendte strukturer i celler, og vi har set, hvordan enkelte proteiner interagerer med hinanden. Alt sammen noget der var utænkeligt selv for ganske få år siden.”
Det er en tidskrævende proces at erhverve et avanceret mikroskop, få det installeret korrekt og at lære at bruge det. Glædeligvis forløb etableringsfasen ved CAB godt, og allerede for mere end to år siden kunne de dedikerede forskere begynde at bruge det til at afdække skjulte hemmeligheder inden i celler fra både mennesker og planter.
Fra mikroskopi til nanoskopi
Ind til for nylig troede videnskaben, at der findes en naturgiven grænse for, hvor høje opløsninger mikroskoper kan have. Man mente således, det ville være fysisk umuligt at fremstille optiske mikroskoper, der kunne skelne afstande på mindre end 200 nanometer.
Dette års nobelpristagere i kemi fik prisen for at opfinde nogle matematiske og kemiske tricks, der ”snyder” denne naturlov. Med superopløsningmikroskopi er det blevet muligt at skelne ting ned til 20-30 nanometer, hvilket er intet mindre end en tidobbelt forbedring af, hvad man mente var muligt. Mikroskopi er hermed blevet til nanoskopi.
Det er ikke nogen let opgave at bruge et superopløsningsmikroskop. For det første skal man kende apparatet indgående og kende til alt det, der eventuelt kan gå galt. Det er vigtigt at vide, om de ting, man observerer, virkelig er, hvad man tror, de er - og for eksempel ikke nogle bitte små støvkorn på en linse. For det andet er det afgørende at forstå, hvordan man skal fortolke resultaterne, og her spiller avancerede matematiske og statistiske beregninger en stor rolle. Og ikke mindst skal man være velbevandret i den underliggende cellebiologi før billederne giver mening og kan tolkes korrekt.
Detaljer inde i cellernes kerner
Iwona Ziomkiewicz er ph.d.-studerende på tredje år ved CAB. Hun har tilbragt mange timer foran superopløsningsmikroskopet, hvor hun forsker i en særlig type celler, de såkaldte sirør, der flytter sukker rundt i planter.
Iwona Ziomkiewicz er dybt fascineret af de muligheder, man har med superopløsningsmikroskopi, og hun glemmer helt tiden, når hun sidder fordybet over de små objekter i timevis. Hun er dog udmærket klar over, at hun ikke kan bruge det til alt.
“Du kan ikke bruge superopløsningsmikroskopet, hvis du ønsker at se på en hel celle. Du er nødt til at vide, hvad du vil zoome ind på. For eksempel kan du bruge det til at se ind i cellekernen for at finde ud af, hvorhenne på DNAet en bestemt gen er placeret. Du er nødt til at vide præcis, hvad du ønsker at finde, ellers har du ingen chance at se det,” forklarer Iwona Ziomkiewicz.
Publikationer
Alexander Schulz, Iwona Ziomkiewicz, Johanens Liesche og andre CAB-forskere har allerede udgivet videnskabelige artikler baseret på observationer i centrets superopløsningsmikroskop og flere er på vej. Her ses en liste over de publikationer, der er udgivet til dags dato:
Liesche J, Ziomkiewicz I, Schulz A (2013) Super-resolution imaging with Pontamine Fast Scarlet 4BS enables direct visualization of cellulose orientation and cell connection architecture in onion epidermis cells. BMC Plant Biology 13: 226
Linnik O, Liesche J, Tilsner J, Oparka KJ (2013) Unraveling the structure of viral replication complexes at super-resolution. Frontiers in plant science 4: 6-6
Bjerregard B, Ziomkiewicz I, Schulz A, Larsson LI (2014) Syncytin-1 in differentiating human myoblasts: relationship to caveolin-3 and myogenin. Cell Tissue Res 357:355-62
Walter AM, Kurps J, de Wit H, Schöning S, Toft‐Bertelsen TL, Lauks J, Ziomkiewicz I, Weiss AN, Schulz A, Fischer von Mollard G, Verhage M, Sørensen JB (2014) The SNARE protein vti1a functions in dense‐core vesicle biogenesis. Embo Journal 33: 1681-1697
Center for Advanced Bioimaging
Center for Advanced Bioimaging (CAB) blev indviet i juni 2011. CAB ligger på på Københavns Universitet og blev finansieret af programmet for National Forskningsinfrastruktur. Centret besidder en avanceret instrumentpark, der er unik i Danmark. Se mere på cab.ku.dk.
Optiske mikroskoper
Optiske mikroskoper er et af de vigtigste redskaber i biovidenskab. Andre former for mikroskopi, så som elektronmikroskopi, kræver at cellerne prepareres på en måde, så de hurtigt dør.
I 1873 viste den tyske optiker Ernst Abbe, at lysets bølgelængde er en begrænsning for, hvor fine opløsninger, optiske mikroskoper kan have. Det fik det videnskabelige samfund til at tro, at det ville være umuligt at observere ting mindre end halvdelen af lysets bølgelænge, altså cirka 0,2 mikrometer (200 nanometer), i optiske mikroskoper.
Eric Betzig, Stefan W. Hell og William E. Moerner modtog Nobelprisen i kemi i 2014 for at have opfundet metoder til at bryde gennem denne grænse.
Kontakt
CAB Centerleder, Professor Alexander Schulz, (+45) 3533 3350, als@plen.ku.dk | |
Ph.d.-studerende Iwona Ziomkiewicz, (+45) 353-32844, iwzi@plen.ku.dk | |
Postdoc Johannes Liesche, (+45) 3533 2707, joli@plen.ku.dk |
lej af mikroskop
Virksomheder fra ind- og udland har mulighed for at benytte
Nobelpris-mikroskopet og andre lignende supermikroskoper som centeret
råder over ved at kontakte centerleder, professor Alexander Schulz.