הינך נמצא כאן

מפזרים את הערפל

28.05.2014

 מימין: ד"ר שרון וולף ופרופ' מיכאל אלבאום. ניגודיות
"במבט ראשון, מה שעשינו נראה כמו חיבור בין שיטות שאינן יכולות לעבוד ביחד, ובכל זאת גילינו כי הן עובדות מצוין", אומר פרופ' מיכאל אלבאום מהמחלקה לחומרים ופני שטח במכון. ביחד עם ד"ר שרון וולף מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי במכון, ובשיתוף עם ד"ר לותר הובן ממרכז ארנסט רוסקה ביוליך, גרמניה, הצליחו החוקרים באחרונה לפתח שיטה חדשה ויעילה להדמיה תלת-ממדית של דוגמאות ביולוגיות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים.
מיקרוסקופיית האלקטרונים היא כלי מחקר רב-עוצמה שבאמצעותו ניתן ליצור הדמיות בהגדלה וברזולוציה גבוהות להפליא, וכך יכולים מדענים לצפות בתאים, במולקולות, ולעיתים אף באטומים. אולם הסביבה ה"קשוחה" בה נתונה הדוגמה – תנאי ואקום גבוה והפצצה כבדה באלקטרונים – אינה עושה חסד עם מולקולות ביולוגיות; היא פוגעת במבנה העדין שלהן ומעוותת אותו. בנוסף לכך, כדי ליצור ניגודיות טובה, על הדוגמאות לפזר את האלקטרונים מבלי לקלוט את האנרגיה שלהם. דוגמאות ביולוגיות אינן מצטיינות בפיזור אלקטרונים, והפתרון המקובל לבעיה הוא צביעת המבנים האורגניים באמצעות מתכות כבדות. שיטה זו אכן משפרת את הניגודיות, אך במקביל היא עשויה לגרום נזק גדול לדוגמה העדינה. שיטה חדשה יותר היא הקפאה מהירה ביותר של דוגמאות ביולוגיות. התהליך המהיר גורם למים להתקשות מיידית למבנה דמוי זכוכית – כלומר, הם אינם מספיקים ליצור גבישים שעלולים לקרוע את הדוגמה, וכך נשמרים החלבונים והתאים במצב קרוב למצבם הטבעי. שיטה זו מגינה על הדוגמה הנוצרת ("דוגמה קריוגנית") מתנאי הוואקום, אולם בעיית הפיזור הנמוך נותרת בעינה.
 
הדמיות של חיידק קרקע נפוץ מסוג Agrobacterium tumefaciens בשיטה שפיתחו המדענים (משמאל) לעומת שיטות מסורתיות של מיקרוסקופיית אלקטרונים חודרת בדוגמאות קפואות (מימין)
השיטות המקובלות לדימוי כאשר כל שטח הדוגמה מואר, רגישות מאוד לפיזור אור אקראי, מה שמוסיף עירפול לתמונה. כאשר הדוגמה עבה, נדרש שימוש בפילטר מיוחד, אשר עשוי לגרום לאובדן של 90% או יותר מהאות החלש ממילא. כדי להתגבר על כך תיכננו המדענים מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM), אשר סורק את הדוגמה נקודה אחר נקודה, וכך הצליחו לנטרל את העירפול מבלי לאבד מעוצמת האות. "זה כמו לחפש משהו שאיבדנו בחשיכה", אומר פרופ' אלבאום. "במצבים מסוימים, כל תאורה תתאים, אולם בליל ערפל עדיף להשתמש באלומת אור מרוכזת".
 
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (STEM) מהווה כיום כלי מחקר נפוץ בתחום מדעי החומרים. המדענים הצליחו להתאים את הציוד הקיים להדמיה של דוגמאות ביולוגיות, והתוצאות היו טובות להפליא. כדי לבחון את ההתאמות החדשות, ניסה הצוות ליצור הדמיות של דוגמות עצומות (במונחים של שיטות המיקרוסקופיה האלקטרונית המסורתיות), כמו חיידקים שלמים ותאים אנושיים שמגדלים בתרבית במעבדה. התוצאות הטובות הפתיעו אפילו את המדענים: הם הצליחו ליצור תמונות תלת-ממדיות באיכות גבוהה ובעלות ניגודיות חזקה – במקרים מסוימים, טובות יותר מאלה הנוצרות בשיטות המסורתיות.
 
השיטה החדשה ליישום של STEM בדוגמאות קריוגניות, שהתפרסמה באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Methods, תרחיב את אפשרויות היישום ואת הנגישות של מיקרוסקופיית אלקטרונים חודרת למחקר הביולוגי. אומרת ד"ר וולף: "כדי להפיק הדמיות תלת-ממדיות באיכות טובה של דוגמאות שעברו קירור מהיר באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים חודרת, נדרש ציוד יקר ביותר. בהשוואה לכך, השיטה שפיתחנו דורשת תוספת פשוטה לציוד המודרני הקיים, ומציעה לחוקרים רבים נתיב נוח לתחום הזה". המדענים מתכננים לשכלל ולשפר את השיטה עוד יותר, ובכלל זה לעצב כלים חדשים לאופטימיזציה של איסוף הנתונים.
 
פרופ' אלבאום: "האופי הרב-תחומי של מכון ויצמן למדע ממלא תפקיד משמעותי בחיפוש אחר רעיונות וטכנולוגיות לא קונבנציונליים, וחלק חשוב בכך יש ליחידה למיקרוסקופיה אלקטרונית, בתמיכת המרכז לדימות ממוזער ודימות ננו-ביולוגי על-שם ארווינג וצ'רנה מוסקוביץ. קיימים רק מקומות בודדים בעולם אשר מאפשרים מפגש כה קרוב של מדענים בעלי תחומי מומחיות שונים, ובנוסף מעניקים להם חופש לעבוד ביחד על כיווני מחקר לא ידוע. במכון ויצמן למדע זה טבעי לחלוטין".
 
 
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם