Микроскопических морских животных удалось увеличить в пять раз без повреждения их клеточной структуры
Ученые нашли способ увеличить размеры небольших морских животных трихоплаксов, состоящих всего из пары десятков клеток. До этого они были слишком малы, чтобы изучать особенности их строения под микроскопом. Химики создали сложное органическое вещество — полимер, — в котором клетки организма расширяются, наполнившись водой. Этот метод может применяться в космических исследованиях при транспортировке клеток живых организмов на Землю для их последующего изучения в лабораториях, например, после экспериментов с невесомостью или космической радиацией. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Frontiers in Marine Science.
Трихоплаксы — небольшие (в 16 раз меньше, чем толщина волоса) животные, состоящие всего из пары десятков клеток и имеющие сильно уплощенную форму тела. Они относятся к типу Пластинчатые (Placozoa) — эволюционно древней ветви животных, существующих на Земле уже полмиллиарда лет. Простота их строения, отсутствие нервной системы и любых органов делают этих животных удобной моделью в биологии. На них можно изучить функции генов и эволюционно древние типы клеток, чтобы проследить, как из них, возможно, появились зачатки нервной системы. Например, есть предположение, что Пластинчатые — первые обладатели клеток, похожих на нейроны. Исследование этих «прототипов» может помочь лучше понять эволюцию нервной системы и причины заболеваний, связанных с нарушениями в ней. Кроме того, на пластинчатых можно тестировать новые лекарства.
Чтобы изучать трихоплаксов и других Пластинчатых, биологи применяют иммуногистохимическое окрашивание: в организм животного вводят окрашенные молекулы, которые соединяются с искомыми веществами в клетке. Затем животных исследуют под микроскопом. Однако Пластинчатые такие маленькие, что нужного разрешения на микроскопе, чтобы исследовать структуры внутри клетки, добиться не удавалось. Например, можно было увидеть наличие ядра или митохондрий, но детализированное строение клеток и более мелкие структуры — нет.
Ученые из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (Москва) и Университета Флориды (США) предложили подход, который позволил увеличить трихоплаксов до пяти раз. Сначала авторы окрасили животное стандартным иммуногистохимическим методом, а затем поместили в чашку Петри с фосфатным раствором. К нему исследователи добавили смесь из органической соли натрия и акриламида — крахмалистого органического вещества, способного собираться в длинные цепочки (полимеры), и соль аммония для запуска полимеризации (образования полимера).
Чашку Петри с трихоплаксами, помещенными в каплю из органических веществ, в течение часа держали при температуре 37℃. В результате акриламид полимеризовался. После этого животных в капле полимера помещали в специальный раствор, содержащий протеиназу К, которая расщепляет некоторые структурные белки. Этот процесс нужен был для того, чтоб животное могло впоследствии расшириться без серьезных изменений строения. В этом растворе гель с животными внутри держали еще два часа при температуре 37℃. Спустя время раствор постепенно замещали на воду, с помощью чего гель заполнялся водой и расширялся, а вместе с ним и организм трихоплакса увеличивался в размере.
Авторы изучили расширившихся трихоплаксов под микроскопом и выяснили, что клеточные структуры не получили повреждений при увеличении. На снимках микроскопа четкость изображения стала значительно лучше, и ученые смогли увидеть лизосомы — очень мелкие структуры, которые не удавалось рассмотреть ранее. Кроме того, ученые определили, что после «упаковки в полимер» трихоплаксов при температуре +4℃ в фосфатном растворе можно хранить более двух месяцев. Это особенно пригодится для исследований на орбите, потому что позволит транспортировать биоматериал на Землю в лаборатории после экспериментов, проводимых в невесомости.
«Наш метод может существенно сэкономить финансы и помочь сохранять биологические образцы в экспедициях. Ведь для образования полимера нужно не так много времени, оборудования и реактивов, а хранить и транспортировать образцы можно при +4°С. Более того, метод можно использовать для хранения образцов в длительных экспедициях, причем не только морских, но и космических. Представьте, вы ставите эксперименты на МКС, и нужно отправить образцы на Землю для дальнейших исследований: если вы будете посылать живых животных, они испытают перегрузки при приземлении, поэтому эксперимент вряд ли можно будет назвать корректным. Полимеризация по примененному нами методу сохранит биологические образцы для дальнейших исследований», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дарья Романова, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории клеточной нейробиологии обучения Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
Разместила: Ирина Усик