光トラッピング法でバクテリアを超解像度観察

December, 19, 2016, Thousand Oaks--ビーレフェルト大学(Bielefeld University)の物理学者は、レーザビームで生体細胞をトラップする新しい方法をNature Communicationsで報告した。
　これまでは、研究者が血液細胞、藻、細菌を顕微鏡で調べようとすると、これらの細胞をガラススライドのような基板にマウントしなければならなかった。ビーレフェルトとフランクフルト大学(Frankfurt University)の研究チームは、レーザビームで生体細胞をトラップする方法を開発した。これにより非常に高分解能で細胞を調べることができる。サイエンスフィクションでは、この原理は「トラクタービーム」として知られている。この手法を使うことで、研究者は単一細菌のDNAの超高解像度画像を取得できた。Robin Diekmannのチームは、この新開発をNature Communicationsに発表した。
　生体細胞を顕微鏡で調べたい研究者が直面する問題の1つは、どんな予備処理でも細胞を変えることである。多くの細菌は、溶液の中を自由に動き回る。血液細胞も同じであり、連続的な速い流れの中にあるので表面にとどまっていない。表面に固着しているなら、これは細胞構造が変わっている、細胞が死んでいると言うことである。
「われわれの新しい方法では、表面に固定することができない細胞を捉え、非常に高い解像度で細胞を研究できる光学トラップを利用する。細胞は、一種の光学トラクタービームによって固定される」とDr. Thomas Huser教授は説明している。
「特徴は、サンプルが基板なしに固定されているだけでなく、向きを変えたり回転させたりできることである。レーザビームは、伸ばした手のように機能して顕微的に小さな調整ができる」。
　研究チームは、その手法をさらに発展させて超解像度蛍光顕微鏡で使えるようにした。これは生物学や生体医学にとって主要技術になると考えられる。これまでは、電子顕微鏡でしかできなかったような解像度で生きた細胞の生体内プロセスを研究する初めての方法を可能にするからである。そのような顕微鏡で画像を撮るために研究チームは調べたい細胞に蛍光プローブを付加する。レーザビームが直接照射されるとプローブが明るくなる。研究者が細胞の3D画像も得られるように、センサを使ってこの蛍光放射を記録する。
　新方法では、細胞を顕微鏡下で浮かせ、自由に動かせるように、研究チームは第2レーザビームを光学トラップとして使用する。「レーザビームは、高強度であるが、それは赤外光であるので裸眼には見えない。レーザビームを細胞に向けると、細胞内に力が生じてビームの焦点内に細胞を保持する」。この新しい方法を使うことで研究チームは、細胞画像が多面的に得られるように細菌細胞を保持し、回転させることに成功した。回転することで研究チームはDNAの3D構造を約0.0001㎜の解像度で研究することができた。
(詳細は、www.uni-bielefeld.de)