2014 年 10 月 15 日 ,

2014 年諾貝爾化學獎頒給三位發展出「超高解析螢光顯微鏡」的科學家,這種顯微鏡技術最大的成就在於用可見光就可以看到原本光學顯微鏡看不到的更小物體,同時也解決其他電子顯微鏡因需要真空狀態,所以無法觀察活細胞的限制,也就是說,新的技術可以看到活的細胞內各項活動的過程。那麼實際上這種奈米級的超高解析螢光顯微鏡已經看到了什麼?

上圖左半部是用今年化學獎得主之一的 Eric Betzig 與另一位得主 William E. Moerner 共同開發的「光敏定位顯微鏡」(photoactivated localization microscopy, PALM) 拍攝的圖片,可以拍攝到 15 奈米以內的結構。它顯示出果蠅細胞裡的「微管」(microtubules) ,直徑約 22 至 25 奈米,維持著細胞的結構成為骨架的一部份。顏色代表它的位置,藍紫色的位置較高,紅色位置較低,分佈在 0.5 微米的範圍裡。至於右邊糊糊的影像則是一般顯微鏡照到的樣子。

06. Zhang_STORM_2 microscope
(圖片來源:Xiaowei Zhuang Lab/HHMI/Harvard Univ.)

上圖是細胞裡的粒線體,左半邊糊糊的影像是傳統顯微鏡拍的,中間則是由哈佛大學莊曉薇教授實驗室研發的隨機光學重建顯微鏡 (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy, STORM) 拍攝,從不同顏色可以看到位置深淺,右邊則是拍出橫斷面。

05. Zhang_Spectrin-actin-rings-in-axons microscope 2014 nobel
(圖片來源:Xiaowei Zhuang Lab/HHMI/Harvard Univ.)

同樣由莊曉薇教授實驗室的研究拍攝的圖片,可以看到細細長長的神經細胞軸突的部份,由圈成戒指狀的肌動蛋白支持著的樣子。

01. SPL-PALM-C0049785-E microscope 2014 nobel
(圖片來源:LBNL/SPL)

Betzig 在美國維吉尼亞州霍華休斯醫學研究所中拍下這張圖,藉此瞭解大腸桿菌在外表的膜上面的三種蛋白質受體的情形。科學家針對想要研究的部份植入會發光的螢光分子,就可以如圖所見看到他們活動的情形。

07. NikonSmallWorld_Place_21752_1_Burnette microscope 2014 nobel
(圖片來源: Dylan Burnette/NIH/Courtesy of Nikon Small World)

這是由另一款稱為結構照明顯微鏡 (structured illumination microscopy, SIM) 拍出的影像,是一個骨癌細胞,其中紫色是具支持作用的肌動蛋白,黃色是粒線體,藍色是 DNA。

08. GE_TOOMRE,-DEREK microscope 2014 nobel
(圖片來源: Derek Toomre, Yale Univ./2013 GE Healthcare Life Sciences Cell Imaging
Competition)

同樣由 SIM 拍攝,這是一個癌細胞,藍色是做為骨架的微管,紅色是同樣具支持作用的肌動蛋白,綠色是運鐵蛋白受器,作用是把鐵離子帶進細胞內。

(首圖來源:Jim and Cathy Galbraith, Gleb Shtengel, Harald Hess/HHMI/Janelia Research Campus)

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呂維振

呂維振

主編 at 早安健康
媒體工作者,關注醫藥研發、尖端科技與數位娛樂。
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