Mikroskopia ekspansyjna odsłania niewidzialny wszechświat planktonu oceanicznego

Pionierskie zastosowanie technologii mikroskopii ekspansyjnej (Expansion Microscopy) umożliwiło po raz pierwszy szczegółowe zbadanie wewnętrznej budowy kluczowych dla życia gatunków planktonu oceanicznego.

Te mikroskopijne organizmy stanowią niewidzialne motory życia na Ziemi: wytwarzają znaczną część tlenu, którym oddychamy, a także tworzą fundament morskich ekosystemów.

Przełom w wizualizacji

Naukowcy z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) oraz Federalnej Politechniki w Lozannie (EPFL) wykorzystali metodę, która fizycznie powiększa próbki nawet 16 razy. Dzięki temu odkryto struktury dotychczas niedostępne dla obserwacji – wewnętrzną architekturę komórek protistów morskich, takich jak Ichtiosporei.

Gęste ściany komórkowe tych organizmów przez długi czas stanowiły poważną przeszkodę w badaniach. Wspólne wysiłki zespołów z EMBL i EPFL pozwoliły jednak na pokonanie tej bariery. Używając mikroskopii ekspansyjnej, badacze dosłownie poszerzyli granice widzialnego świata, zachowując przy tym precyzję kształtów i proporcji struktur komórkowych.

W trakcie ekspedycji Traversing European Coastlines (TREC) naukowcy zajęli się mapowaniem cytoszkieletu, w tym mikrotubul i centryn, u ponad 200 gatunków planktonu eukariotycznego. Materiał do badań zebrano u wybrzeży Roscoff we Francji.

Atlas życia na skalę planetarną

Wyniki tych prac, opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma Cell, stanowią podwaliny pod stworzenie globalnego atlasu planktonu. Jego celem jest ujawnienie ukrytej różnorodności strukturalnej mikroskopijnych mieszkańców oceanów.

Kluczową rolę w projekcie odegrał dostęp do bogatej kolekcji mikroorganizmów morskich zgromadzonej w Stacji Biologii w Roscoff. Nowe metody wizualizacji pozwalają nie tylko na dostrzeżenie organizacji komórkowej, ale również na śledzenie powiązań ewolucyjnych, prowadzących od jednokomórkowych przodków do złożonych form życia.

Cytoszkielet: rusztowanie komórki

Analiza cytoszkieletu – sieci szkieletowej, która podtrzymuje kształt komórek eukariotycznych – umożliwiła stworzenie mapy zmienności w jego organizacji. Ukazała ona zarówno wspólne, jak i unikatowe motywy strukturalne. Tego rodzaju dogłębna analiza pogłębia zrozumienie fundamentalnych zasad organizacji życia i pomaga w rekonstrukcji ewolucji architektury komórkowej.

PlanExM – projekt poszerzający horyzonty nauki

Opisywane prace są częścią szerszego przedsięwzięcia PlanExM (Plankton Expansion Microscopy). Projekt ten uzyskał już dodatkowe finansowanie, które ma być przeznaczone na badanie ewolucji mitozy oraz procesu przechodzenia do wielokomórkowości u organizmów planktonowych.

PlanExM dowodzi, że mikroskopia ekspansyjna może stać się narzędziem o znaczeniu porównywalnym do projektów genomiki bioróżnorodności. Umożliwia ona integrację danych molekularnych ze szczegółową fizjologią komórkową.

Zrozumienie tych subtelnych struktur i wzajemnych oddziaływań otwiera nowy horyzont w biologii ewolucyjnej – tam, gdzie złożoność wyłania się z najmniejszych form życia, pulsujących w głębinach oceanicznych.

Źródła ilustracji: EMBL / EPFL / Scienmag / Cambridge University Press