Během mitózy se ve středu buněčného jádra vytvoří dvě sady chromozómů. Duté tyčinky proteinů nazývané mikrotubuly, které tvoří buněčnou strukturu označovanou jako dělicí vřeténko, chytnou chromozomy a táhnou každou sadu z jádra opačným směrem, takže obě dceřiné buňky získají jednu úplnou kopii genetického materiálu. V buňkách rostlin, hub a mnoha zvířat se ke každému chromozomu připne jeden nebo více mikrotubulů před tím, než vřeteno od sebe obě sady chromozomů oddělí.

Když však vědci z Caltech sledovali tuto fázi za použití nové technologie, uviděli při dělení buňky něco jiného. „Uviděli jsme první jasný příklad buňky, kde byl počet použitých mikrotubulů menší než počet chromozomů," uvedl Grant Jensen, profesor biologie na Caltech a pracovník Howard Hughes Medical Institute. Zjištění vědců byla publikována v internetové verzi časopisu Current Biology a jsou otištěna ve vydání ze 27. září 2011.

Jensenův tým patří ke skupinám, které pro zobrazování biologických vzorků využívají elektronovou kryo-tomografii (ECT). Na rozdíl od tradičního elektronového mikroskopu (pro který je nutné vzorky dehydrovat, uložit do plastového obalu, rozdělit a označit), se pro ECT vzorky šokově zmrazují, takže jsou zachyceny ve stavu velmi podobném svému přirozenému stavu. Vzorky jsou pokryty vrstvou průhledného ledu podobného sklu. Mikroskop pak může poskytnout kvalitní obrazy vzorků v rotaci (vzorek je otáčen většinou vždy o jeden stupeň).

Jedním z omezení ECT je, že vzorky nemohou být větší než 500 nanometrů, jinak elektronový paprsek vzorkem dostatečně nepronikne. ECT studie proto většinou pracují s malými bakteriemi a viry. Avšak Jensenova skupina chtěla tuto techniku použít i na pozorování eukaryotických buněk, které bývají mnohem větší. Vzali proto nejmenší známý eukaryot, Ostreococcus tauri, a zobrazili jej za pomoci ECT.

Dalším krokem bylo pozorování procesu dělení buňky v eukaryotu. Avšak i maličký O. tauri je během mitózy větší než 500 nanometrů (buňky se při dělení většinou dvakrát zvětší). Vědci proto potřebovali najít způsob, jak zmrazený vzorek rozdělit na několik plátků (za pomoci procesu nazývaného kryosekce).

„Když se o to lidé pokoušeli v minulosti, vypadaly řezy jako sněhové vločky - a materiál se tlakem často zdeformoval," uvádí Jensen. Jeden z odborníků Caltech v oblasti elektronových mikroskopů Mark Ladinsky však vyvinul vysoce úspěšnou novou techniku pro kryosekci vzorků. Řez se provádí za použití speciálního přístroje a diamantového nože při teplotě -150°C. Jednotlivé plátky vzorku jsou opatrně přeneseny z nože za použití mikromanipulátoru. Tato technika umožňuje vědcům podívat se na plátky dělících se buněk v hydratovaném stavu podobném jejich přirozenému stavu.

Za pomoci kombinace nových zobrazovacích a řezových technik mohl bývalý postdoktorand Jensenovy laboratoře Lu Gan provést podrobná pozorování mitózy v buňce O. tauri (buňce o dvaceti chromozomech). Oproti očekávání však Lu Gan neviděl během mitózy 40 mikrotubulů napojených na dvě množiny chromozomů; našel pouze 10 malých a neúplných mikrotubulů. To ukazuje, že chromozomy se mohou spojovat a tvořit jakýsi balíček, který je pak rozdělen najednou za pomoci menšího počtu mikrotubulů.

Předchozí studie ze 70tých let 20. století identifikovaly jednobuněčné eukaryotické buňky s menším počtem mikrotubulů než chromozomů. Tyto buňky však prošly chemickým ošetřením a označením, čímž mohlo snadno dojít k jejich poškození. To na výsledná tvrzení vrhalo stín pochybností. Použití nových zobrazovacích a dělicích technik však dává vědcům Caltech jistotu, že takové buňky opravdu viděli.

Jejich úspěch je slibnou předzvěstí dalších studií. „Naše práce s O. tauri ukazuje, že můžeme získat vysoce kvalitní třídimenzionální obrazy dalších eukaryotických buněk, které jsou mnohem větší než bakterie," uvedl Jensen. „Dokonce jsme pokročili i v pokusech zobrazit tímto procesem i lidské buňky."

 Zpráva tohoto vědeckého týmu nazvaná „Organizace nejmenších eukaryotických vřeten" vznikla za podpory organizace National Institute of Health a stipendia Damon Runyon Cancer Research Foundation. ECT zobrazení bylo umožněno za pomoci daru Nadace Gordon a Betty Moorových.

 

12. září 2011

Zdroj: Science Daily

Přeložila: Veronika Součková