FanNangNgoan
New member
Grant Jensen, một nhà sinh vật học cấu trúc tại Viện Công nghệ California cho biết mỗi lần nhìn vào kính hiển vi này, ông như được "leo núi" khám phá địa hình các tế bào, đặt chân tới những thế giới mà trước đây chưa ai từng biết đến
Còn Wanda Kukulski, nhà hóa sinh tại Đại học Bern (Thụy Sĩ) thì… mê đắm đến mức mỗi tối lại mở video về đời sống tế bào lên xem như thể đang cày phim tài liệu vậy! Chị ấy nói: "Tôi bị choáng ngợp bởi vẻ đẹp và sự phức tạp của chúng" Đúng kiểu tế bào là những viên gạch của sự sống, mà bên trong đó các hoạt động diễn ra như từng hơi thở nhỏ nhẹ của sinh vật ấy.
Bên trong tế bào có gì mà hype thế?
Để quay được những thước phim "thực tế" về cuộc sống trong tế bào thì không dễ tí nào đâu nhé! Kích thước trung bình của một tế bào là 10-100 micromet, các bào quan bên trong còn nhỏ hơn gấp hàng chục đến hàng trăm lần nữa.
Từng phân tử protein chỉ khoảng 5-10 nanomet thôi. Lipid thì còn tí hon hơn, chỉ 3-5 nanomet. Trong khi đó kính hiển vi quang học thông thường chỉ có độ phân giải tối đa 400 nanomet (bằng bước sóng ánh sáng nhỏ nhất mà mắt người nhìn thấy) – rõ ràng là không đủ để "zoom" vào bên trong tế bào rồi
Vậy làm sao để "nhìn trộm" vào trong tế bào?
Ngày nay, các nhà khoa học đang xài những công nghệ kính hiển vi siêu xịn để làm chuyện này. Điển hình là hai công nghệ cryo-EM và cryo-ET. Một trong hai kỹ thuật chụp ảnh này đã đạt được độ phân giải đến từng nguyên tử luôn, tức là cỡ 0,1 nanomet – ở mức đó thì protein cũng trở nên to đùng, còn tế bào thì như khổng lồ vậy!
Grant Jensen chia sẻ: "Chắc chắn, đó là một niềm vui lớn khi bạn nhìn thấy thứ gì đó lần đầu tiên". Các nhà nghiên cứu khác cũng excited không kém. Elizabeth Villa, nhà lý sinh tại Đại học California nhớ lại lần đầu nhìn thấy cấu trúc tế bào bằng kính hiển vi cryo-ET: "Có cảm giác như đột nhiên chúng tôi đều trở thành những tay săn ảnh paparazzi với quyền truy cập vào những nơi chưa từng đến được trước đây"
Từ tinh thể học tia X đến cuộc cách mạng cryo-EM
Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã dùng kỹ thuật tinh thể học tia X để chụp ảnh protein, virus và các thực thể sinh học khác. Phương pháp này gồm hai bước:
Đầu tiên là làm ổn định phân tử sinh học để chúng tạo thành các tinh thể tĩnh, có trật tự. Bước hai là bắn phá mẫu bằng chùm tia X cường độ cao, thu lại tín hiệu tán xạ, phản xạ hay khúc xạ để dựng lại hình ảnh.
Tinh thể học tia X đã giúp con người quan sát DNA và phát hiện ra chuỗi xoắn kép huyền thoại. Sau đó nó tiếp tục giúp khám phá cấu trúc hơn 100.000 protein khác nhau. Nhưng mà, kỹ thuật này có giới hạn – việc làm ổn định phân tử sinh học rất khó và không phải lúc nào cũng làm được
Vì vậy, các nhà khoa học đã phát minh ra phương pháp mới: kính hiển vi điện tử lạnh (cryo-EM) – cho phép chụp lại cấu trúc các phân tử sinh học khi chúng bị đóng băng và cô lập khỏi môi trường xung quanh.
Trong kỹ thuật cryo-EM, mẫu sinh học được "tắm" dưới chùm electron và cho ra ảnh với độ phân giải 1,2 ångströms (1,2 × 10^-10m) – tương đương với việc chụp được từng nguyên tử riêng biệt trong mỗi tế bào!
Cột mốc này tạo nên "cuộc cách mạng độ phân giải" năm 2013, thu hút rất nhiều nhà khoa học đổ xô vào sử dụng. Nó đã giúp họ quan sát được cấu trúc hơn 10.000 phân tử sinh học, đặc biệt là các protein trong màng tế bào – những thứ rất quan trọng để hiểu cơ chế xâm nhập của mầm bệnh và tạo ra thuốc, vắc-xin chống bệnh truyền nhiễm.
Case study: COVID-19
Trong đại dịch COVID-19, chính các kính hiển vi điện tử lạnh đã giúp các nhà khoa học chụp được ảnh virus SARS-CoV-2 với độ phân giải cao nhất, thấy rõ đến từng khu vực trong protein gai của virus – miền liên kết thụ thể (RBD)
Miền liên kết này chính là "vũ khí" mà virus SARS-CoV-2 dùng để gắn vào thụ thể ACE-2 của tế bào người và gây bệnh. Nó được ví như cái nanh của rắn độc vậy! Và nhờ quan sát được RBD, các nhà khoa học đã làm sáng tỏ bản chất lây nhiễm của COVID-19
Cryo-ET: Level up từ cryo-EM
Nhưng cuộc cách mạng chưa dừng lại đâu! Vài năm sau khi đạt độ phân giải nguyên tử, các nhà khoa học đã nâng cấp cryo-EM thành cryo-ET (kính hiển vi điện tử lạnh truyền qua)
Giống như cryo-EM, cryo-ET chụp ảnh bằng chùm electron và dùng phương pháp thủy tinh hóa: làm lạnh siêu nhanh nước xung quanh mẫu để nó đóng băng thành trạng thái giống thủy tinh thay vì tinh thể nước đá.
Tuy nhiên, khác với cryo-EM yêu cầu mẫu phải cực kỳ tinh sạch, cryo-ET cho phép các nhà nghiên cứu thu giữ phân tử tại chỗ, không cần đạt độ tinh khiết cao.
Một so sánh dễ hiểu: cryo-EM giống như chụp ảnh thẻ 4x6 – bạn phải chuẩn bị, chải chuốt, đặt đúng tư thế nghiêm túc và chỉ chụp được một góc duy nhất
Còn cryo-ET thì như chụp ảnh ngẫu hứng, "sống ảo" – bạn bắt được khoảnh khắc tự nhiên của phân tử trong mọi tình huống đời thường, giúp các nhà khoa học nhìn thấy đời sống chân thực nhất của chúng bên trong tế bào
Ngoài ra, với cryo-EM, các nhà khoa học chỉ tạo được hình ảnh 3D bằng cách chụp từng tấm ảnh 2D của nhiều phân tử bị cô lập ở các cấu hình khác nhau rồi ghép lại. Ngược lại, cryo-ET có thể chụp một lúc nhiều ảnh của một đoạn vật liệu chứa đầy phân tử từ nhiều góc độ, giữ nguyên môi trường xung quanh.
Đây là lý do Wolfgang Baumeister, nhà lý sinh tại Viện Hóa sinh Max Planck (Đức) gọi cryo-ET là phương pháp nghiên cứu "tính xã hội học của phân tử". Đó mới là cách chụp ảnh chân thực nhất các protein đang sống động!
Nguồn: soha.vn