p (PhysOrg.com) - Usando a nova técnica, os pesquisadores foram capazes de identificar a morfologia 3-D e a estrutura das organelas celulares, incluindo a parede celular, vacúolo, retículo endoplasmático, mitocôndrias, grânulos e nucléolos. p A imagem tridimensional está expandindo drasticamente a capacidade dos pesquisadores de examinar espécimes biológicos, permitindo uma espiada em suas estruturas internas. E avanços recentes nos métodos de difração de raios-X ajudaram a estender o limite dessa abordagem.

p Embora um progresso significativo tenha sido feito na microscopia óptica para quebrar a barreira de difração, tais técnicas contam com tecnologias de rotulagem fluorescente, que proíbem a imagem 3-D quantitativa de todo o conteúdo das células. A microscopia crioeletrônica pode criar estruturas de imagem com uma resolução de 3 a 5 nanômetros, mas isso só funciona com amostras finas ou seccionadas.

p E embora a cristalografia de proteínas de raios-X seja atualmente o principal método usado para determinar a estrutura 3-D das moléculas de proteínas, muitos espécimes biológicos - como células inteiras, organelas celulares, alguns vírus e muitas moléculas de proteína importantes - são difíceis ou impossíveis de cristalizar, tornando suas estruturas inacessíveis. Superar essas limitações requer o emprego de diferentes técnicas.

p Agora, em um artigo publicado hoje em Proceedings of the National Academy of Sciences , Os pesquisadores da UCLA e seus colaboradores demonstram o uso de um microscópio de difração de raios-X exclusivo que lhes permitiu revelar a estrutura interna dos esporos de levedura. A equipe relata a imagem 3-D quantitativa de um todo, células não coradas com uma resolução de 50 a 60 nanômetros usando microscopia de difração de raios-X, também conhecido como imagem sem lente.

p Os pesquisadores identificaram a morfologia 3-D e a estrutura das organelas celulares, incluindo a parede celular, vacúolo, retículo endoplasmático, mitocôndrias, grânulos e nucléolos. O trabalho pode abrir uma porta para identificar as moléculas de proteína individuais dentro de células inteiras usando tecnologias de rotulagem.

p Os principais autores do artigo são Huaidong Jiang, pesquisador assistente em física e astronomia da UCLA, e John Miao, um professor de física e astronomia da UCLA. O trabalho é o culminar de uma colaboração iniciada há três anos com Fuyu Tamanoi, Professor de microbiologia da UCLA, imunologia e genética molecular. Miao e Tamanoi são pesquisadores do California NanoSystems Institute da UCLA. Outros colaboradores incluem equipes da Riken Spring 8 no Japão e do Instituto de Física, Academia Sinica, Em Taiwan.

p "Esta é a primeira vez que as pessoas conseguem espreitar a estrutura interna 3-D de um espécime biológico, sem cortá-lo em seções, usando microscopia de difração de raios-X, "Miao disse.

p "Ao evitar o uso de lentes de raios-X, a resolução da microscopia de difração de raios-X é, em última análise, limitada por danos de radiação a espécimes biológicos. Usando tecnologias criogênicas, A imagem 3-D de células biológicas inteiras com uma resolução de 5 a 10 nanômetros deve ser alcançável, "Miao disse." Nosso trabalho, portanto, abre caminho para imagens 3-D quantitativas de uma ampla gama de espécimes biológicos em resoluções em escala nanométrica que são muito espessas para microscopia eletrônica.

p Tamanoi preparou as amostras de esporos de levedura analisadas neste estudo. Os esporos são células especializadas que se formam quando colocadas sob condições de carência de nutrientes. As células usam essa estratégia de sobrevivência para lidar com condições adversas.

p "Os biólogos queriam examinar as estruturas internas do esporo, mas estudos microscópicos anteriores forneceram informações apenas sobre as características da superfície. Estamos muito animados em poder ver o esporo em 3-D ", Tamanoi disse. "Agora podemos examinar a estrutura de outros esporos, como esporos de antraz e muitos outros esporos de fungos. Também é importante ressaltar que os esporos de levedura são de tamanho semelhante a muitas organelas intracelulares em células humanas. Isso pode ser examinado no futuro. "

p Desde sua primeira demonstração experimental por Miao e colaboradores em 1999, a microscopia de difração coerente foi aplicada à imagem de uma ampla gama de ciências de materiais e espécimes biológicos, como nanopartículas, nanocristais, biomateriais, células, organelas celulares, vírus e nanotubos de carbono usando raios-X, instalações de elétrons e laser em todo o mundo. Até agora, Contudo, o problema de dano por radiação e a dificuldade de adquirir padrões de difração 3-D de alta qualidade de células inteiras individuais impediram o sucesso da imagem 3-D de alta resolução de células biológicas por difração de raios-X.