Uitbreidingsmicroscopie onthult de verborgen architectuur van oceaanplankton

Een baanbrekende toepassing van de zogenaamde uitbreidingsmicroscopie (Expansion Microscopy) heeft het voor het eerst mogelijk gemaakt om de interne structuur van cruciale soorten oceaanplankton gedetailleerd te bekijken.

Deze microscopisch kleine organismen functioneren als de onzichtbare drijvende krachten achter het leven op aarde. Ze zijn verantwoordelijk voor de productie van een aanzienlijk deel van de zuurstof die wij inademen en vormen de basis van alle mariene ecosystemen.

Onderzoekers van het Europese moleculair-biologische laboratorium (EMBL) en de Federale polytechnische school van Lausanne (EPFL) hebben deze geavanceerde methode ingezet. De technologie vergroot de monsters fysiek tot wel 16 keer, waardoor voorheen ontoegankelijke details zichtbaar werden, zoals de interne cellulaire architectuur van mariene protisten, waaronder de Ichthyosporea.

Het Onzichtbare Zichtbaar Maken

De dichte celwanden van deze organismen vormden lange tijd een obstakel voor diepgaand onderzoek. Dankzij de gezamenlijke inspanningen van wetenschappers van het EMBL en de EPFL is deze barrière nu doorbroken. Door middel van uitbreidingsmicroscopie heeft het team letterlijk de grenzen van de zichtbare wereld verlegd, terwijl de nauwkeurigheid van de vorm en proporties van de celstructuren behouden bleef.

Tijdens de expeditie Traversing European Coastlines (TREC) hebben de wetenschappers de cytoskeletten, inclusief de microtubuli en centrinen, in kaart gebracht. Dit gebeurde bij meer dan 200 soorten eukaryotisch plankton, die verzameld waren voor de kust van Roscoff, Frankrijk.

Een Planetaire Levensatlas

De bevindingen zijn gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Cell en leggen de basis voor de ontwikkeling van een mondiale planktonatlas. Het doel van deze atlas is om de verborgen structurele diversiteit van de microscopische bewoners van de oceanen te ontsluiten.

Cruciaal voor het succes was de toegang tot de collectie mariene micro-organismen van de Station Biologique de Roscoff. Deze nieuwe visualisatietechniek stelt ons niet alleen in staat de cellulaire organisatie waar te nemen, maar ook evolutionaire verbanden te traceren die leiden van eencellige voorouders naar complexe levensvormen.

Het Cytoskelet: Steiger van het Leven

De studie concentreerde zich op het cytoskelet – het essentiële netwerk dat de vorm van eukaryotische cellen ondersteunt. Door dit raamwerk te onderzoeken, konden de variaties in de organisatie ervan in kaart worden gebracht, waarbij zowel gemeenschappelijke als unieke structurele motieven aan het licht kwamen. Dit soort analyse verdiept ons begrip van de fundamentele beginselen van levensorganisatie en helpt bij de reconstructie van de evolutie van de cellulaire architectuur.

PlanExM: De Wetenschappelijke Horizon Verbreden

Dit onderzoek maakt deel uit van het PlanExM (Plankton Expansion Microscopy) project. Dit project heeft reeds aanvullende financiering ontvangen om de evolutie van mitose en de overgang naar meercelligheid bij planktonorganismen te bestuderen.

PlanExM demonstreert dat uitbreidingsmicroscopie een instrument kan worden met een vergelijkbare betekenis als projecten op het gebied van biodiversiteitsgenomica. Het maakt de koppeling mogelijk tussen moleculaire gegevens en gedetailleerde cellulaire fysiologie.

Het inzicht in deze subtiele structuren en hun interacties opent een nieuwe horizon binnen de evolutionaire biologie – een domein waar complexiteit ontstaat uit de kleinste levensvormen die pulseren in de diepten van de oceaan.