اولین تصویر از یک ویروس کامل

گروهی از دانشمندان به تازگی در مقاله ای در نشریه نیچر، چگونگی ثبت اولین تک عکس جهان از ویروسی سالم را تشریح کرده اند که این فناوری می تواند به زودی به تصویربرداری از میکروبها، سلولها و مولکولهای زنده و در حال حرکت منجر شود.

به گزارش مهر، همین تیم در گزارشی دیگر توضیح داده اند که چگونه توانسته اند با موفقیت از راه میانبری برای ایجاد ساختاری سه بعدی از پروتئینها بهره ببرند. هر دوی این موفقیتها با استفاده از اولین لیزر سخت بدون الکترون جهان به نام LCLS امکانپذیر شده است و دانشمندان امیدوارند با استفاده از این دستگاه بتوانند مطالعات بر روی ساختارهای زیستی و حیاتی را متحول سازند.

دستگاه لیزر LCLS

سخت افزاری با دشوارترین مسئولیتها

این دستگاه لیزر که در لابراتوار شتابگر ملی SLAC در وزارت انرژی آمریکا قرار داشته و تحت کنترل دانشگاه استنفورد خواهد بود می تواند پرتوهایی میلیاردها برابر درخشانتر از منابع معمول پرتو ایکس ایجاد کند، با قدرتی که برای برش دادن فولاد کافی خواهد بود.

دوام این تک پرتوها به شدت کوتاه بوده و تنها چند میلیونیوم از یک میلیاردم ثانیه به طول می انجامد. اما همین مدت نیز به اندازه ای هست که بتواند هدف مورد نظر را تبخیر کند اما این اتفاق تا پیش از اینکه تصویر هدف به ثبت نرسد رخ نخواهد داد.

محققان دانشگاه آریزونا، لارنس لیورمور، آپسالای سوئد و SLAC برای قرار دادن نمونه ها در معرض این پرتوهای کوتاه و قدرتمند تجهیزات ویژه ای ابداع کردند و اطلاعات این آزمایش به واسطه دوربین فوق حساس پرتو ایکسی به ثبت می رسد.

هر دو آزمایش این تیم از محققان در اصل در سال 2009 انجام گرفته است، یعنی تنها دو ماه پس از اینکه دستگاه LCLS برای استفاده های مطالعاتی در اختیار دانشمندان قرار گرفت.

تصویربرداری از ساختار مولکولی پروتئینها

در اولین آزمایش، نانوکریستالهایی حاوی نسخه کپی شده پروتئین "فتوسیستم 1" در سرتاسر پرتو لیزری پاشیده شد. فتوسیستم 1 در میان سلولهای گیاهی، جایی که این سلولها نور خورشید را طی فرایند فتوسنتز به انرژی تبدیل می کنند، یافت می شود. این پروتئین در دسته پروتئینهای غشایی قرار داشته و عبور و مرور از غشای سلولها را تحت کنترل داشته و توقفگاه عفونتهای بیماریزا و عوامل دارو ستیز در جانداران به شمار می رود.

تصویری بازسازی شده از ساختار پیچیده پروتئین فوتو سیستم 1

دانشمندان تا به امروز از میان 30 هزار پروتئین غشایی شناخته شده تنها از ساختار 6 نمونه پروتئین آگاهی داشتند زیرا تبدیل این پروتئینها به کریستالهایی که برای تصویربرداری پرتو ایکس به اندازه کافی بزرگ باشند، بسیار دشوار است.

ساختار سه بعدی پروتئین فوتو سیستم 1

اما محققان با استفاده از این دستگاه جدید لیزری توانستند از پروتئین فوتو سیستم 1 تقریبا سه میلیون تصویر از زوایای مختلف به ثبت برسانند. سپس با ترکیب هزاران قطعه از این عکسها تصویری واحد به دست آمد که ساختار مولکولی مشابه با ساختار مولکولی این پروتئین را به نمایش می گذاشت.

عکاسی از ویروسها

در آزمایش دوم محققان برای تصویربرداری از نانوکریستالها استفاده نکردند و در عوض "میمی ویروسها" را در میان پرتو ایکس اسپری کردند، میمی ویروسها بزرگترین ویروسهای شناخته شده جهان هستند که می توانند منجر به آلوده شدن آمیبها شوند.

در حالی که صدها نمونه از این ویروس مورد اصابت پرتو لیزر قرار گرفتند، اطلاعات به ثبت رسیده از تنها دو عدد از این ویروس ها برای ساخت عکسی واحد از آنها کافی بود. در تصویر نهایی ساختار 20 وجهی لایه خارجی ساختار ویروس به خوبی آشکار شد.

تصویر "میمی ویروس"

بر اساس گزارش گیزمگ، دانشمندان معمولا برای تصویربرداری از ویروسها باید آنها را منجمد کرده، یا برش داده و یا به گونه ای آنها را تخریب کنند تا بتوانند تصویر آنها را به ثبت برسانند. در حالی که در شیوه جدید ویروسها در هنگام تصویربرداری کاملا دست نخورده و سالم باقی می مانند. در حدود 80 محقق از 21 مرکز مطالعاتی در سرتاسر جهان در اجرای این آزمایشهای علمی با یکدیگر مشارکت داشته اند.