Гелієвий мікроскоп показав «бенкет» бактеріофагів

Фізики з Університету Ювяскюля використовували гелієву мікроскопію для детального дослідження активності бактеріофагів. У цій методиці замість сфокусованого пучка електронів (як в електронному мікроскопі) використовується пучок іонів гелію. Автори отримали знімки різних стадій інфікування бактерій вірусами, а також змогли використовувати мікроскоп для того, щоб робити мікроскопічні надрізи на бактеріях. На відміну від електронної мікроскопії гелієві дослідження не вимагають додаткових маніпуляцій зі зразками, що приховують частину деталей процесу. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє. Також доступний постер авторів з описом роботи і фотографіями.

Головним обмеженням для оптичної мікроскопії є дифракційна межа - вона не дозволяє сфокусувати пляму світла в точку розміром менше половини довжини хвилі. Видиме світло має довжину хвилі близько сотень нанометрів, а отже побачити за допомогою звичайного мікроскопа віруси та інші нанорозмірні об'єкти практично неможливо. Для цього потрібні хвилі з меншою довжиною хвилі - наприклад, електронні пучки (які проявляють як хвильові властивості, так і властивості характерні для частинок). Оскільки електрон - масивна частинка, його довжина хвилі виявляється набагато коротшою, ніж у світла. Ця властивість використовується в електронних мікроскопах. Роль лінз у них відіграють магніти, що спотворюють траєкторії частинок. Сфокусований пучок електронів потрапляючи на поверхню вибиває з неї вторинні електрони, які і реєструє прилад. На основі цих даних будується картина поверхні зразка.

Але і у скануючого електронного мікроскопа є свої обмеження і недоліки. У багатьох ситуаціях з його допомогою можна досліджувати лише провідні об'єкти - тому зразки часто доводиться покривати тонкою плівкою металу.

Автори нової роботи використовували для візуалізації біологічних систем більш досконалий прилад - мікроскоп на іонах гелію. Гелій приблизно в сім тисяч разів масивніший за електрон, а значить володіє набагато меншою довжиною хвилі і з його допомогою можна досягти більш високої роздільної здатності. Крім того, з його допомогою можна дослідити об'єкти, що не проводять електрику. Як і в звичайному електронному мікроскопі іони гелію вибивають зі зразка вторинні електрони, які реєструє мікроскоп. Крім роздільної здатності, гелієвий мікроскоп дозволяє досягти більшої глибини різкості в зображенні.

Як об'єкт дослідження вчені вибрали бактеріофаги Т4 - віруси, здатні перетворювати бактерії на фабрики з виробництва нових бактеріофагів. Ці частинки міцно прикріплюються до стінок бактерій, наприклад, кишкової палички, за допомогою нитевидних щупалець, після чого проколюють її оболонку і впорскують всередину свою ДНК. У результаті всередині бактерії починається синтез білків вірусу з вірусною ДНК. Білки шляхом самозбірки формують нові вірусні частинки, які потім залишають бактерію і заражають нові організми. На весь цикл йде близько півгодини.

Фізики зняли за допомогою гелієвого мікроскопа всі основні стадії процесу - від прикріплення бактеріофагу до кишкової палички, до виходу нових віріонів з ураженої бактерії. Крім того автори показали, що за допомогою пучка іонів можна робити надрізи в зразку.

Бактеріофаги - цікавий об'єкт і з точки зору практичних застосувань. Деякі вчені припускають, що бактеріофаги можуть замінити собою антибіотики, до яких у бактерій розвивається стійкість. А раніше ми повідомляли про те, що бактеріофаги виявилися здатні домовлятися про вбивство бактерій.