Olomoučtí vědci posunuli hranice ve sledování rostlinných buněk

Vědci z Centra regionu Haná (CRH) a Ústavu molekulární a translační medicíny (ÚMTM) přišli na způsob, jak pozorovat živé buňky v dosud nevídaných detailech. Super rozlišovací mikroskopii založenou na strukturním osvětlení buněk využili jako první na světě pro zkoumání živých rostlinných vzorků. Díky tomu vidí buněčné děje v pohybu, a navíc v rozlišení, které bylo ještě nedávno pro běžnou mikroskopii nepředstavitelné.

Studie, kterou v květnu publikoval prestižní americký odborný časopis Plant Physiology, je výsledkem zhruba tříleté spolupráce oddělení buněčné biologie CRH a laboratoře genomové integrity ÚMTM vedené profesorem Jiřím Bártkem. „Zatímco dosud vědci pod mikroskopem touto metodou zkoumali buňky z neživých rostlin, my využíváme živé vzorky a zvýšili jsme rozlišení až na sto nanometrů. Přitom hranice dvě stě nanometrů, což je takzvaný Abbého difrakční limit pro světelnou mikroskopii, byla ještě nedávno považována za neprolomitelnou fyzikální bariéru. To je naprosté novum,“ řekl vedoucí oddělení buněčné biologie CRH profesor Jozef Šamaj.

Místo statických obrázků „videa“

Olomoučtí vědci se zaměřili na zkoumání struktury, organizace a dynamiky mikrotubulů, což jsou součásti cytoskeletu (vnitřní kostry buněk) tvořené soustavou miniaturních trubiček. „Věnovali jsme se takzvaným kortikálním mikrotubulům, které jsou na povrchu buněk. Ovlivňují způsob ukládání celulózy do buněčné stěny, a tedy i to, jak bude buněčná stěna silná a jak silná bude celá rostlina. Na orientaci mikrotubulů závisí také to, jakým směrem bude rostlina růst,“ vysvětlil Šamaj.

Zatímco donedávna se vědci museli uspokojit pouze se snímky usmrcených (fixovaných) buněk, nyní mohou mikrotubuly sledovat v pohybu. Vzorek snímají přes speciální světelnou mřížku, která rotuje a promítá na snímky typický vzor, takzvaný moaré. Díky matematickým a statistickým metodám se pak jednotlivé snímky spojí dohromady a výsledný obraz je mnohem detailnější a ostřejší než dříve. „Je to skutečně velký posun dopředu. Podle úrovně fluorescence teď umíme mikrotubuly počítat, případně rozlišíme, jak blízko jsou u sebe. To zatím u živých buněk nikdo nedokázal,“ zdůraznil Šamaj.

Velký potenciál pro aplikovaný výzkum

Zjištění podle něj poskytují důležité informace o vývoji rostliny či jejich odolnosti vůči stresům. To může mít v budoucnu praktické uplatnění při šlechtění či genetické modifikaci hospodářsky významných plodin. „To je cíl, který je ještě daleko, ale určité informace už máme. Nejprve musíme pochopit, jak buňka funguje a teprve pak můžeme přejít k aplikacím. Buňka je totiž taková nejmenší továrna v rostlině,“ naznačil možné směry výzkumu Šamaj. Rostlinné buňky v tomto případě fungují jako jakýsi ideální model, metodu lze ale využít i pro studování dynamiky buněk také v medicínském výzkumu, což je doména ÚMTM.

Výzkumníci pracovali řadu měsíců s modelovou rostlinkou huseníček rolní. První fáze obsahovala přípravu samotných vzorků. „Museli jsme testovat, v jakých podmínkách se rostliny chovají přirozeně, a my je můžeme mikroskopicky analyzovat. To trvalo asi rok,“ popsal začátky bádání jeden ze spoluautorů studie George Komis z CRH. Další rok pak zabralo samotné snímání v mikroskopu, které má vysoké nároky na kvalitu vzorků a stabilitu vnějšího prostředí. Zajistit je se podařilo především díky dosavadním mikroskopickým zkušenostem Martina Mistríka z ÚMTM. Pracné a časově náročné bylo i následné vyhodnocování. Vědci měli k dispozici přístroj, který umožňuje čtyři metody zobrazování, a ty navzájem porovnávali. Od huseníčku chtějí v budoucnu přejít ke zkoumání mikrotubulů v ječmeni či vojtěšce.