(PhysOrg.com) -- En utilisant la nouvelle technique, les chercheurs ont pu identifier la morphologie et la structure 3-D des organites cellulaires, y compris la paroi cellulaire, vacuole, réticulum endoplasmique, mitrochondries, granules et nucléole.
L'imagerie tridimensionnelle augmente considérablement la capacité des chercheurs à examiner des spécimens biologiques, permettant un aperçu de leurs structures internes. Et les progrès récents des méthodes de diffraction des rayons X ont permis d'étendre les limites de cette approche.
Alors que des progrès significatifs ont été réalisés en microscopie optique pour briser la barrière de diffraction, ces techniques reposent sur des technologies de marquage fluorescent, qui interdisent l'imagerie quantitative 3-D de l'ensemble du contenu des cellules. La microscopie cryoélectronique permet d'imager des structures à une résolution de 3 à 5 nanomètres, mais cela ne fonctionne qu'avec des spécimens minces ou sectionnés.
Et bien que la cristallographie des protéines aux rayons X soit actuellement la principale méthode utilisée pour déterminer la structure 3-D des molécules de protéines, de nombreux spécimens biologiques - tels que des cellules entières, organites cellulaires, certains virus et de nombreuses molécules protéiques importantes - sont difficiles ou impossibles à cristalliser, rendant leurs structures inaccessibles. Surmonter ces limitations nécessite l'emploi de différentes techniques.
Maintenant, dans un article publié aujourd'hui dans Actes de l'Académie nationale des sciences , Les chercheurs de l'UCLA et leurs collaborateurs démontrent l'utilisation d'un microscope à diffraction des rayons X unique qui leur a permis de révéler la structure interne des spores de levure. L'équipe rapporte l'imagerie 3D quantitative d'un ensemble, cellule non colorée à une résolution de 50 à 60 nanomètres en microscopie à diffraction des rayons X, également connu sous le nom d'imagerie sans lentille.
Les chercheurs ont identifié la morphologie et la structure 3-D des organites cellulaires, y compris la paroi cellulaire, vacuole, réticulum endoplasmique, mitrochondrie, granules et nucléole. Les travaux pourraient ouvrir la porte à l'identification des molécules de protéines individuelles à l'intérieur de cellules entières à l'aide de technologies de marquage.
Les principaux auteurs de l'article sont Huaidong Jiang, un assistant chercheur UCLA en physique et astronomie, et John Miao, professeur de physique et d'astronomie à l'UCLA. Le travail est l'aboutissement d'une collaboration commencée il y a trois ans avec Fuyu Tamanoi, professeur de microbiologie à l'UCLA, immunologie et génétique moléculaire. Miao et Tamanoi sont tous deux chercheurs au California NanoSystems Institute de l'UCLA. Parmi les autres collaborateurs figurent les équipes de Riken Spring 8 au Japon et de l'Institute of Physics, Académie Sinica, Dans Taiwan.
"C'est la première fois que les gens ont pu jeter un coup d'œil dans la structure interne en 3D d'un spécimen biologique, sans le couper en tronçons, par microscopie à diffraction des rayons X, " dit Miao.
"En évitant d'utiliser des lentilles à rayons X, la résolution de la microscopie à diffraction des rayons X est finalement limitée par les dommages causés par les radiations aux échantillons biologiques. Grâce aux technologies cryogéniques, L'imagerie 3D de cellules biologiques entières à une résolution de 5 à 10 nanomètres devrait être réalisable, ", a déclaré Miao. "Notre travail ouvre donc la voie à l'imagerie quantitative en 3D d'un large éventail de spécimens biologiques à des résolutions à l'échelle nanométrique qui sont trop épaisses pour la microscopie électronique."
Tamanoi a préparé les échantillons de spores de levure analysés dans cette étude. Les spores sont des cellules spécialisées qui se forment lorsqu'elles sont placées dans des conditions de manque de nutriments. Les cellules utilisent cette stratégie de survie pour faire face à des conditions difficiles.
"Les biologistes voulaient examiner les structures internes de la spore, mais des études microscopiques antérieures ont fourni des informations uniquement sur les caractéristiques de surface. Nous sommes très heureux de pouvoir visualiser la spore en 3D", dit Tamanoï. "Nous pouvons maintenant examiner la structure d'autres spores, comme les spores d'anthrax et de nombreuses autres spores fongiques. Il est également important de souligner que les spores de levure sont de taille similaire à de nombreux organites intracellulaires dans les cellules humaines. Ceux-ci peuvent être examinés à l'avenir. »
Depuis sa première démonstration expérimentale par Miao et ses collaborateurs en 1999, la microscopie à diffraction cohérente a été appliquée à l'imagerie d'un large éventail de sciences des matériaux et d'échantillons biologiques, comme les nanoparticules, nanocristaux, biomatériaux, cellules, organites cellulaires, virus et nanotubes de carbone par rayons X, installations d'électrons et de laser dans le monde entier. Jusqu'à maintenant, cependant, le problème des dommages causés par les radiations et la difficulté d'acquérir des diagrammes de diffraction 3-D de haute qualité à partir de cellules entières individuelles ont empêché l'imagerie 3-D haute résolution réussie de cellules biologiques par diffraction des rayons X.
