Hücrelerin İçine Daha Önce Olmadık Bir Şekilde Bakma İmkanı: Bu Canlı Mikroskobik Görüntüler

İnç beyin dokusunda nöronları gösteren bu görüntü için Kaelin Wulf ve Rachel Flannery, Allen Enstitüsü’nden kendi inşa ettikleri ışık levha mikroskobunu kullandı. Işık levha floresan mikroskobunda, örneği aydınlatan ince bir ışık levhası kullanılır ve örnek düzlem düzlem taranabilir. “İnsanların beyinin ne kadar karmaşık, ne kadar güzel ve hayal edilemeyecek kadar geniş olduğu konusunda bir hayranlık hissi kazanmasını umuyorum,” dedi Wulf.

Kaelin Wulf, Rachel Flannery/Allen Enstitüsü; tüm fotoğraflar Nikon Small World’in izniyle

İskoçya’nın Edinburgh şehrinde dondurucu bir sabah, Patrick Hickey mikroskobunun altına koyacak canlı bir şey kalmıştı. Bahçesindeki bitkiler ve mantarlar kurumuş, flambant biyolojik karmaşıklıklarıyla öne çıkan yaz göllenmeleri uzun zamandır donmuştu.

Hypha Research Ltd.’den bir mantar bilimci olan Hickey, mitokondrileri çalışmak için bitki yapraklarını kullanıyordu; mitokondriler enerji üreten hücre organelleridir. Taze örnekler için hardal tohumları çirmeyi planlıyordu ancak sabırsızdı. Mutfakta kahve yaparken, soğukta dayanıklı bir kaplumbaça sarmaşığının pencere çerçevesinden asılı olduğunu fark etti. “Bir inç kadarını kestim, cebime koydum, laboratuvara gittim ve gördüklerimden hayrete düştüm,” dedi Hickey.

Mikroskobun altında mitokondriler hücrelerin içinde uçuşuyordu. Yavaş kloroplastların etrafında, trafikten kaçan motosikletçiler gibi zarifçe manevra yapıyorlardı. “Kesinlikle aktiviteyle doluydu,” dedi Hickey.

Mikroskobik bu dansın zamanla çekilen videosu, aşağıdaki galerimizi önderlik ediyor ve yakın zamanda Nikon’un 2026 Small World in Motion Yarışması’nda onurlandırıldı; organeler arasındaki yakın ortaklığı ortaya koyuyor: kloroplastlar (kırmızı) güneş ışığını şekerlere dönüştürür, mitokondriler ise (yeşil) şekerizi enerjiye çevirir.

1974’te kurulan Nikon Small World yarışması, mikroskobiyette mükemmelliği onlandırır. Yıllık yarışmalar, yalnızca yaratıcı fotomikrografinin gelişimini değil, aynı zamanda görüntüleme teknolojisindeki ilerlemeyi de belgelemiştir.

Hickey — ve burada öne alınan diğer birçok ödül sahibinin aksine — konfokal taramalı lazer mikroskobu olarak adlandırılan bir teknikle desteklenmiştir.

Standart bir mikroskobun tüm örneği aynı anda aydınlatan ve bulanık görüntüler üretebilen bir mikroskobun aksine, konfokal bir mikroskop bir seferde tek bir derinlik düzeyine odaklanır. Araştırmacılar önce örneği hücre içindeki belirli yapılara tutunan floresan boyalarla “etiketler”. Bir lazer sonra örneğin ince bir katmanını aydınlatır ve mikroskop ortaya çıkan floresansı algılar. Sistem satır satır tarayarak detaylı bir görüntü oluşturur.

Görüntüleme teknolojisi ilerledikçe, hücre süreçlerine dair anlayışımız da ilerler. Hickey’in videosu, mitokondrilerin daha önce düşünüldüğünden daha dinamik olduğunu gösteriyor; bu da onların “sadece bir ‘hücrenin enerji santrali’nden” daha fazlası olabileceğini ima ediyor, dedi. “Muhtemelen sitoplazmik akış, sinyal iletimi ve diğer organellerle etkileşimlere dahil olurlar.”

Tüm ödül sahipleri listesi, fotoğraf yarışması için burada ve video yarışması için burada bulunabilir. Hücre dünyasının karmaşıklığını ortaya koyan birkaç kazananı ve onurlandırılan adayları öne almayı seçtik.

Mitokondriler (yeşil), kaplumbaça sarmaşığının hücrelerinde kloroplastların (kırmızı) etrafında dolaşıyor. “Hareketleri, hücrelerin içinde akan elektrik nehirleri gibi görünüyordu,” dedi Hickey.

Patrick Hickey/Hypha Research Limited

Hastalıkları çalışmak için Wake Forest Üniversitesi’nden Gauri Kulkarni, laboratuvarında bu görüntüde gösterilen 1,3 milimetrelik insan bağırsak dokusu dahil olmak üzere minyatör organlar büyütüyor. Parlayan ağ, sağlıklı bir bağırsak bariyerini oluşturan epitel hücreleri arasındaki bağlantıları ortaya koyuyor. Bu bariyer, mikroskobik bir güvenlik görevlisi gibi davranarak zararlı mikropların ve gıda toksinlerinin kana sızmasını engeller. “Bilimde, hastalığı anlamak için sık sık soğuk veri ve sayılara dayanırız, ancak fotomikrografi mantık ile duygu arasındaki boşluğu doldurur,” dedi Kulkarni.

Gauri Kulkarni/Wake Forest Yenileştirici Tıp Enstitüsü

Haastalıkları çalışmak için Wake Forest Üniversitesi’nden Gauri Kulkarni laboratuvarında, bu görüntüde görülen 1,3 milimetrik insan bağırsak dokusu gibi minik organlar yetiştiriyor. Parlayan ağ, sağlıklı bir bağırsak bariyerini oluşturan epitel hücreler arasındaki bağlantıları ortaya koyuyor. Bu bariyer, mikroskobik bir güvenlik görevlisi gibi davranarak zararlı mikropların ve gıda toksinlerinin kana sızmasını engelliyor. “Bilimde hastalığı anlamak için çoğu zaman soğuk veri ve sayılara dayanıyoruz ama fotomikrografi, mantık ile duygu arasındaki boşluğu dolduruyor,” dedi Kulkarni.

Gauri Kulkarni/Wake Forest Regeneratif Tıp Enstitüsü

Bu video, kalp kası hücrelerinin nasıl kasıldığını ve kalsiyumun bu atışı nasıl düzenlediğini gösteriyor. Yeşil zincirler, kalp kasının en küçük kasılma birimleri olan sarkomerlerdir. Kırmızı parıldamalar hücre içindeki kalsiyumu gösteriyor. Bir atışın başında, bir elektrik impulsu kalsiyumu hücre içine gönderir ve bu da daha fazla kalsiyum salınımını tetikler. Tüm bu kalsiyum, sarkomerlerin kasılmasını sağlar. Ardından kalsiyum sitoplazmadan ayrılır ve hücre bir sonraki atışa hazırlanarak gevşer. “Aynı video, yaşayan kalp hücrelerinin güzelliğini ortaya çıkarırken, aynı zamanda yapıları ve işlevleri hakkında nicel bilgiler de sağlar,” dedi videoyu hazırlayan Simon Fraser Üniversitesi’nden Yasaman Maaref.

Yasaman Maaref/Simon Fraser Üniversitesi

Bu fare beyni hücreleri videosu, hücrenin şeklini almaya yardımcı olan bir protein olan aktini (mavi) ve hücre atıklarını parçlayan organeller olan lizozomları (turuncu) gösteriyor. Her iki yapı da hareket etseler de, lizozomlar çok daha hızlıdır ve bu da aktin ağını karşılaştırmalı olarak neredeyse durağan görünüyor.

Bruno Cisterna, Halli Lindamood, Eric Vitriol/Augusta Üniversitesi Tıp Fakültesi

Bu fare trakeasının görüntüsünün üst katmanı, epityeli, dış deri hücreleri katmanını gösteriyor. Her yeşil nokta tek bir hücrenin çekirdeğidir. Altında, çoğunlukla kolajenden oluşan siyah tabaka zarfı yapı sağlar ve bir filtre görevi görür. Ardından, trakea üzerinden havanın hareketini kontrol eden düz kas hücrelerinin içinde paketlenmiş aktini ortaya çıkaran kalın bir sarı katman gelir. Ve sağ üstteki o soluk koyu mavi katman? Bu, nöral ve bağışıklık sistemleri arasındaki etkileşimi çalışmak amacıyla görüntüyü hazırlayan Julien Resseguier’in dediği gibi, “öğürdüğünüz ve tükürdüğünüz müküz türünden biridir.”

Julien Resseguier/Oslo Üniversitesi

Bu sılanın karaciğer endotelyal hücre görüntüsü, aktin filamentlerini (kahverengi turuncu) ve mikrotübülleri (beyaz) gösteriyor. Bu iki protein yapısı, hücreye şeklini vermeye birlikte çalışır. Görüntüde hücre içi boşluklar görünür; bu delikler karaciğerin koruyucu kan bariyerini bozabilir ve yaralanma, iltihaplanma veya kanseri işaret edebilir.

Francisco Lázaro-Dieguez/Albert Einstein Tıp Fakültesi

Bu sılanın karaciğer endotelyal hücre görüntüsü, aktin filamentlerini (kahverengi turuncu) ve mikrotübülleri (beyaz) gösteriyor. Bu iki protein yapısı, hücreye şeklini vermeye birlikte çalışır. Görüntüde hücre içi boşluklar görünür; bu delikler karaciğerin koruyukan bariyerini bozabilir ve yaralanma, iltihaplanma veya kanseri işaret edebilir.

Francisco Lázaro-Dieguez/Albert Einstein Tıp Fakültesi

Kılkırıklı kurbağa Xenopus‘nun derisinden embriyonik hücreler, yeşilde görülen ve hücre yüzeyi boyunca bir sıvı hareket dalgası oluşturmak için eşzamanlı olarak titreşen kirpiciklere sahiptir. Konfokal lazer taramalı mikroskopi, araştırmacıların tek tek kirpicikleri, onları sabitleyen sentriyolleri (kırmızı) ve hücrelerin birbirine yapışmasına yardımcı olan hücre sınırlarını (beyaz) ayırt etmesini sağladı.

Pierre Nouaux, Laurent Kodjabachianan, Camille Boutin/Toulouse Bütüncül Biyoloji Merkezi

Chagas hastalığını neden alan Trypanosoma cruzi, neredeyse tüm memeli hücre tiplerini enfekte edebilen hücre içi bir patojendir. Londra Hijyen ve Tropikal Tıp Okulu’ndan Richard Atherton, bir hücre içindeki bir T. cruzi yuvasının görüntüsünü yakaladı. “Görüntüm Chagas hastalığı hakkında biraz olsun daha fazla farkındalık yaratırsa, mutlu olurum,” dedi Atherton. “Aynı zamanda görüntüm insanların bilim, doğa ve etrafımızda her yerde gizli olan sınırsuz mikroskobik dünyalar hakkında heyecanlanmasını da umuyorum.”

Richard Atherton/London Hijyen ve Tropikal Tıp Okulu

Trypanosoma cruzi, Chagas hastalığının neden olduğu, neredeyse tüm memeli hücre tiplerini enfekte edebilen hücre içi bir patojendir. Londra Hijyen ve Tropikal Tıp Okulundan Richard Atherton, bir hücre içindeki bir T. cruzi yuvasının görüntüsünü yakaladı. “Resmim Chagas hastalığı hakkında biraz olsun farkındalık artırabiliyorsa, mutlu olurum,” dedi Atherton. “Ayrıca resmimin insanları bilim, doğa ve etrafımızda her yerde gizli olan sınırsuz mikroskobik dünyalar hakkında heyecanlandırmayı umuyorum.”

Richard Atherton/Londra Hijyen ve Tropikal Tıp Okulu

Bu video, Howard Hughes Tıp Enstitüsünden Andrew Moore tarafından hazırlanmış ve hücre bölünmesi sırasında aktinin (beyaz) ve mitokondrilerin (mavi) nasıl etkileştiğini aydınlatıyor. Moore, aktinin mitokondrileri konumlandırmada ve düzenlemede rol oynadığını buldu; aktin, mitokondri ağı üzerinde bir dalga halinde dolaşıyor ve hareket patlamalarını yönlendiren “kuyruklu kometeler” oluşturuyor. Mitoz sürecinin tamamında bu kuyruklu kometeler, “mitokondri ağını karıştırıyor, uzaysal konumlarını neredeyse bir kart dağıtımcının kart destesi karıştırması gibi değiştiriyor,” dedi Moore.

Andrew Moore/Howard Hughes Tıp Enstitüsü