Met traditionele microscopen is het vrijwel onmogelijk om cellen te bestuderen terwijl ze nog leven. De uitvinding van zogenoemde confocale microscopen bracht daar verandering in. En dankzij de ontdekking van fluorescente markers, waarmee je onderdelen van cellen een fluorescent label kunt geven, kunnen we tegenwoordig zelfs processen in cellen bestuderen.

Bovendien staan de ontwikkelingen niet stil. Nieuwe markers en betere microscooptechnieken zorgen ervoor dat wetenschappers in steeds meer detail naar cellen kunnen kijken. Een multidisciplinair team van experts, waaronder experts op het gebied van beeldanalyse, microscopie, computermodelleurs, celbiologen, moleculair biologen en microbiologen, geleid door professor Stanley Brul van de Universiteit van Amsterdam, heeft nu zo’n nieuwe, verbeterde microscopietechniek ontwikkeld. Een belangrijk deel van het werk is uitgevoerd in het Van Leeuwenhoek Centre for Advanced Microscopy. 

Twee problemen

Het team wist twee problemen van bestaande technieken op te lossen. Bij een aantal bestaande technieken om levende cellen gedetailleerd in beeld te brengen is het nodig om meerdere microscoop-opnames achter elkaar te maken, en die met behulp van wiskundige berekeningen samen te voegen tot één beeld. Maar die verzameling van beelden en de naberekening maakt deze technieken gevoelig voor fouten. Een andere veelgebruikte techniek, waarvoor een enkele opname volstaat, gebruikt juist weer een vrij hoge dosis licht. Die hoge dosis licht genereert warmte, wat de processen in de cel beïnvloedt. Beide problemen spelen niet in de oplossing van het team van Brul. De kern van hun oplossing ligt bij het gebruik van een zogenoemde annulus, een extra ringvormige structuur op de microscoop. De details staan uitgelegd in hun wetenschappelijke artikel in Scientific Reports. 

Sporenkieming

Om de waarde van hun techniek aan te tonen, hebben de biologen hem ook meteen in de praktijk toegepast, door de kieming van sporen van de bacterie Bacillus subtilis te bestuderen. Bij dit kiemen of ‘ontwaken’ van de sporen van de bacterie zijn moleculen betrokken die je fluorescent kunt labelen. Toch is het notoir lastig dit proces onder een microscoop te volgen, omdat het maar om een relatief laag aantal moleculen gaat, en omdat de buitenkant van de bacteriesporen van zichzelf ook fluorescent zijn. Toch is het ’t team gelukt om met hun nieuwe techniek het proces van het ontwaken van de sporen in de tijd te volgen, met een zeer hoge resolutie van de beelden.

Makkelijk

Volgens de wetenschappers zelf is de door hen ontwikkelde techniek minder complex dan andere microscooptechnieken om hoge resolutie beelden te krijgen, en eenvoudig in gebruik. De cellen die je wilt bekijken kunnen op de gebruikelijke manier worden geprepareerd en je hebt een relatief eenvoudige confocale microscoop nodig. Iedereen met standaard expertise op het vlak van dit type microscopie zou het moeten kunnen uitvoeren. Dat betekent dat de nieuwe techniek gebruikt kan worden in elk lab waar behoefte is aan meer gedetailleerde microscopische opnames.  

Details van de publicatie:

R. M. P . Breedijk, J. Wen, V. Krishnaswami, T. Bernas, E. M. M. Manders, P. Setlow, N. O. E . Vischer & S. Brul;  A live-cell super-resolution technique demonstrated by imaging germinosomes in wild-type bacterial spores, in: Nature Scientific Reports, 24 March 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-62377-1