Последней нобелевской премии 2014 года в области химии были удостоены Эрик Бетциг, Штефан Хелль и Уильям Мёрнер за вклад в развитие флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения.
Мы решили разобраться, в чем именно ценность этого вида микроскопии и как обстоят дела с данным направлением в российских научных центрах.
Для начала мне бы хотелось немного разъяснить, что вообще такое световая микроскопия и для чего она нам так необходима.
Световая микроскопия – это один из видов современной микроскопии, в соответствии с привычными нам законами физики обеспечивающий разрешение до 0,2 микрон (по осям X и Y). С её помощью мы получаем цветное и подвижное изображение живого объекта. Также она дает возможность микрокиносъемки и длительного наблюдения одного и того же объекта, что позволяет проводить исследования живых микрообъектов в режиме реального времени, что недоступно другим видам микроскопии. Мы имеем возможность получить оценку динамики и химической сущности объекта. Современная элементная база и новые функциональные возможности световых микроскопов позволяют реализовать новые методы микроскопических исследований, связанные с получением изображений в формате 3D, получением изображения, “сшитого” из его отдельных оптических срезов. То есть мы можем получать информацию не только о том, как выглядит клетка, но и о том, что происходит внутри этой клеточной структуры. К примеру, где и какие белки находятся в клетке, какая последовательность ДНК. Световая микроскопия сегодня незаменима в диагностических и исследовательских работах, повседневно необходима в практической медицине.
С помощью люминесцентной микроскопии можно выявить вирусные антигены и их концентрацию в клетках, идентифицировать вирусы, определить антигены и антитела, гормоны, различные продукты метаболизма и т.д. В связи с этим люминесцентную микроскопию применяют в лабораторной диагностике таких инфекций, как герпес, эпидемический паротит, вирусный гепатит, грипп и др., используют в экспресс-диагностике респираторных вирусных инфекций, исследуя отпечатки со слизистой оболочки носа больных, и при дифференциальной диагностике различных инфекций. В патоморфологии с помощью люминесцентной микроскопии распознают злокачественные опухоли в гистологических и цитологических препаратах, определяют участки ишемии мышцы сердца при ранних сроках инфаркта миокарда, выявляют амилоид (белковое вещество, которое вызывает поражение не только печени, но и других внутренних органов) в биоптатах тканей и т.д.
Хотелось бы сказать, что последние 10 лет ученые активно искали возможность увеличить разрешение световой микроскопии. Были самые разные подходы. Лауреаты нобелевской премии открыли несколько вещей, которые ситуацию изменили принципиально.
Благодаря работам доктора Эриха Бетсига и профессора Уильяма Мёрнера, появилась возможность детектировать отдельные молекулы. Кроме того, они нашли способ, как «включать» и «выключать» эти молекулы по очереди. То есть, стало возможным определять положение отдельных молекул без помех от соседних, локализация которых будет определена в следующих циклах. Немецкий профессор Штефан Хелль разработал новый метод сверхразрешающей флуоресцентной микроскопии, что позволило улучшить разрешение изображения. В связи с этим стало возможно наблюдать синапсы между нейронами головного мозга, отслеживать движение белков, связанных с болезнями Паркинсона и Альцгеймера. Несомненно, это большой вклад в развитие науки и медицины.
Для того чтобы узнать, как обстоят дела с данным направлением в российских научных центрах и на сколько такое оборудование доступно сегодня нашим ученым, мы обратились к профессору, доктору биологических наук, заместителю директора Института цитологии и генетики Рубцову Николаю Борисовичу.
- Реально вся оптическая техника световой микроскопии прошла несколько революционных преобразований еще в 70х-90х годах, которые, к сожалению, в нашей стране пропустили. В связи с тем, что денежных средств в то время не хватало, свои приборы не создавали, зарубежные не покупали, что привело к значительному отставанию нас в этой области и как пользователей, и как создателей. В конце 90х финансирование науки существенно улучшилось, была закуплена вся современная микроскопическая техника.
Сейчас мы можем выполнять все те же работы по микроскопии, которые выполняют в других странах. Т.е., в качестве пользователей мы сейчас вернулись на мировой уровень. Как создатели новой микроскопической техники или как производители современной мы свои позиции практически не улучшили.
Да и как у пользователей у нас осталось немало проблем, значительно осложняющих нам жизнь. Эти проблемы общие для практически всей нашей биологической науки. Очевидно, что в исследовании приборы, например, микроскопы, являются очень важной, но все-таки частью работы. Вторая, не менее важная часть, это подготовка материала для микроскопии. Сейчас она часто требует предварительных работ, представляющих собой молекулярно-генетические разработки, получение специфических моноклональных антител, генномодифицированных клеточных линий и организмов, систем детекции конкретных молекул и так далее, в зависимости от задачи. Провести все эти в одной лаборатории очень сложно, в часто и невозможно. Но многое сейчас можно купить. Если не в виде конечного продукта, то в виде «полуфабрикатов», расходных материалов. Самая большая наша проблема состоит в том, что если на Западе доставка всех необходимых материалов занимает от одного дня до 3х-4х (в таких странах как США, Германия), то у нас часто на закупку и получение уходит от 3х до 6ти месяцев. Сегодня, что касается оборудования, то в нашем институте оно соответствует очень высокому уровню европейских институтов, институтов США и Японии, но в высоко конкурентных областях из-за разницы в скорости поставки расходных материалов наши зарубежные коллеги часто имеют значительное преимущество.
-С чем это связано?
- Если ситуация простая и необходим очень распространенный реактив, то он может оказаться где-нибудь на складе российской фирмы, и доставка не займет много времени. Но если нам требуется более сложный реактив, не пользующийся широким спросом (а когда мы занимаемся чем-то совершенно новым, нам именно такой материал и необходим), то тогда фирма-посредник договаривается о поставке этого сырья из-за рубежа. Для того чтобы осуществить поставку, посредники стараются собрать комплект заказов особенных расходных материалов (не вести же пробирку с 50 микролитрами реактива). А на это уходит время.
- То есть, если я правильно понимаю, это сказывается на конкурентоспособности нашей науки. Верно?
- Да, безусловно, наши ученые всегда должны быть на шаг, а лучше на несколько, впереди.
Допустим, Вы придумали что первыми, заказали, Вам доставили необходимый материал, Вы сделали эксперимент, и понимаете, куда идти дальше. Но чтобы идти дальше, Вам нужно опять что-то новое. А до окончания эксперимента, Вы не знали что именно. В результате Вам опять нужно ждать. Новые месяцы ожиданий.
Может и не все так плохо. Часто получается просчитать на несколько шагов вперед, но фора у наших коллег все равно получается большой.
Еще одна проблема, хорошо знакомая всем. Расходные материалы обходятся нам раза в два дороже, чем нашим коллегам за рубежом. Посредники, транспорт, таможенные платежи, попытки просчитать ситуацию на много шагов вперед. А финансирование за рубежом так часто лучше, чем у нас. Но все же, с моей точки зрения, главной проблемой остается скорость поставки.
Подводя итог, нужно сказать, что лауреаты нобелевской премии сделали действительно большой вклад в развитие науки и медицины. Мы очень надеемся, что ситуация с длительностью поставки расходного материала нашим ученым изменится в скором времени и российские научные центры смогут работать более эффективно.
Анастасия Федорова
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии