Čeští vědci poprvé zobrazili povrchovou strukturu chromozomu v přirozeném stavu

Čeští vědci jako první na světě zobrazili povrchovou strukturu chromozomu v přirozeném stavu. Na nové zobrazovací metodě s mnohostranným využitím spolupracovali odborníci z Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR v Brně s kolegy z Ústavu experimentální botaniky. Odhalení povrchové struktury s různými miniaturními výběžky a prostorově uspořádanými smyčkami vláken může v budoucnu ovlivnit například medicínu nebo zemědělství. Chromozomy jsou vysoce citlivé struktury, ve kterých je uložena dědičná informace.

Výsledky jsou fascinující a překvapující, řekl dnes novinářům Vilém Neděla, vedoucí brněnského týmu environmentální elektronové mikroskopie. Věří, že díky přínosům nové metody se budou přepisovat učebnice biologie.

Metoda A-ESEM otevírá nové možnosti zkoumání neživé, ale především živé hmoty. Dosud se pro zobrazení prostorové struktury s rozlišením až miliontiny milimetru používala rastrovací elektronová mikroskopie, při které se vzorky pozorují ve vysokém vakuu. Proto musejí projít úpravami, jež ale poškozují strukturu.

Zkratka A-ESEM vyjadřuje pokročilou environmentální rastrovací elektronovou mikroskopii. Umožňuje zkoumat rostlinné a částečně i živočišné buňky v přirozeném stavu, třeba malé živé živočichy, houby, plísně, roztoče, proteiny či bakterie. Vědci se chystají také na viry. Navíc lze sledovat změny vzorků pod vlivem teploty, vysychání, chemické reakce či fyzikálního působení.

"Klasický mikroskop lze přirovnat k luxusnímu automobilu, přičemž environmentální mikroskop je luxusním automobilem v ještě vyšší výbavě, který navíc umí jezdit po vodě a potápět se jako ponorka, zkrátka má všechny funkce klasického mikroskopu, a navíc řadu dalších," řekl Neděla.

Vědci využívají software s umělou inteligencí, který poradí, jak nastavit parametry, aby se vzorek nezničil. "Využili jsme mnoha vlastních inovací a díky ultracitlivým detektorům pozorujeme vzorky ve vysokém tlaku plynu a ve vlhkosti až 100 procent, tedy v enviromentálně kompatibilních podmínkách - velice šetrně, neubližujeme jim," doplnil Neděla.

Nová metoda je podle tvůrců dokonce rychlejší, levnější a vhodnější pro studium dynamických změn biologických vzorků než kryo-elektronová mikroskopie, oceněná v roce 2017 Nobelovou cenou. "Tato nová metoda řeší základní problém zdánlivé neslučitelnosti elektronové mikroskopie s přítomností vody v kapalném skupenství ve vzorku," doplnil Neděla.

Potenciál nové metody ověřili vědci ve spolupráci s olomouckým pracovištěm Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR při studiu chromozomů ječmene. O detailní zobrazení chromozomů se léta pokoušely vědecké týmy z celého světa. Teprve nová metoda odhalila, že povrch je posetý četnými výběžky, smyčkami chromatinových vláken o průměrné velikosti kolem 30 nanometrů, uvedl rostlinný genetik, vedoucí olomouckého týmu Jaroslav Doležel. Je také pravděpodobné, že se vědcům zároveň podařilo zobrazit i nukleozomy, na kterých je jako na cívky navinuta molekula DNA. Vědci s jistotou neví, k čemu výběžky na povrchu slouží a z čeho se skládají. "Nyní to chceme zjistit", doplnil Doležel.

Zatímco u člověka jsou poruchy chromozomů příčinou dědičných chorob, u zemědělských plodin vedou ke snížené plodnosti a výnosu. Odhalení povrchové struktury chromozomů poskytuje nový pohled na strukturu dědičného aparátu, umožní identifikaci poruch v jeho uspořádání a přispěje k vývoji syntetických organismů s uměle vytvořenou dědičnou informací.