Бактерии фото под микроскопом: Немытые руки под микроскопом. Бактерии и микробы под микроскопом (фото)

Содержание

Микроскопия в домашних условиях | Наука и жизнь

Вот уже два года, как я наблюдаю за микромиром у себя дома, и год, как снимаю его на фотокамеру. За это время собственными глазами увидел, как выглядят клетки крови, чешуйки, опадающие с крыльев бабочек, как бьётся сердце улитки. Конечно, многое можно было бы узнать из учебников, видеолекций и тематических сайтов. Но при этом не было бы ощущения присутствия, близости к тому, что не видно невооружённым глазом. Что это не просто слова из книжки, а личный опыт. Опыт, который сегодня доступен каждому.

Кожица лука. Увеличение 1000×. Окраска йодом. На фотографии видно клеточное ядро.

Кожица лука. Увеличение 1000×. Окраска азур-эозином. На фотографии в ядре заметно ядрышко.

Картофель. Синие пятна — зёрна крахмала. Увеличение 100×. Окраска йодом.

Плёнка на спине таракана. Увеличение 400×.

Кожура сливы. Увеличение 1000×.

Крыло жучка бибиониды.

Увеличение 400×.

Крыло бабочки боярышницы. Увеличение 100×.

Чешуйки с крыльев моли. Увеличение 400×.

Хлоропласты в клетках травы. Увеличение 1000×.

Детёныш улитки. Увеличение 40×.

Лист клевера. Увеличение 100×. Некоторые клетки содержат тёмно-красный пигмент.

Лист земляники. Увеличение 40×.

Хлоропласты в клетках водоросли. Увеличение 1000×.

Мазок крови. Окраска азур-эозином по Романовскому. Увеличение 1000×. На фотографии: эозинофил на фоне эритроцитов.

Мазок крови. Окраска азур-эозином по Романовскому. Увеличение 1000×. На фотографии: слева — моноцит, справа — лимфоцит.

Что купить

Театр начинается с вешалки, а микросъёмка с покупки оборудования, и прежде всего — микроскопа. Одна из основных его характеристик — набор доступных увеличений, которые определяются произведением увеличений окуляра и объектива.

Не всякий биологический образец хорош для просмотра при большом увеличении. Связано это с тем, что чем больше увеличение оптической системы, тем меньше глубина резкости. Следовательно, изображение неровных поверхностей препарата частично будет размыто. Поэтому важно иметь набор объективов и окуляров, позволяющий вести наблюдения с увеличением от 10—20 до 900—1000×. Иногда бывает оправданно добиться увеличения 1500× (окуляр 15 и объектив 100×). Большее увеличение бессмысленно, так как более мелкие детали не позволяет видеть волновая природа света.

Следующий немаловажный момент — тип окуляра. «Сколькими глазами» вы хотите рассматривать изображение? Обычно выделяют монокулярную, бинокулярную и тринокулярную его разновидности. В случае монокуляра придётся щуриться, утомляя глаз при длительном наблюдении. В бинокуляр смотрят обоими глазами (не следует путать его со стереомикроскопом, дающим объёмное изображение). Для фото- и видеосъёмки микрообъектов понадобится «третий глаз» — насадка для установки аппаратуры.

Многие производители выпускают специальные камеры для своих моделей микроскопов, но можно использовать и обычный фотоаппарат, купив к нему переходник.

Наблюдение при больших увеличениях требует хорошего освещения в силу небольшой апертуры объективов. Световой пучок от осветителя, преобразованный в оптическом устройстве — конденсоре, освещает препарат. В зависимости от характера освещения существует несколько способов наблюдения, самые распространённые из которых — методы светлого и тёмного поля. В первом, самом простом, знакомом многим ещё со школы, препарат освещают равномерно снизу. При этом через оптически прозрачные детали препарата свет распространяется в объектив, а в непрозрачных он поглощается и рассеивается. На белом фоне получается тёмное изображение, отсюда и название метода. С тёмнопольным конденсором всё иначе. Световой пучок, выходящий из него, имеет форму конуса, лучи в объектив не попадают, а рассеиваются на непрозрачном препарате, в том числе и в направлении объектива.

В итоге на тёмном фоне виден светлый объект. Такой метод наблюдения хорош для исследования прозрачных малоконтрастных объектов. Поэтому, если вы планируете расширить набор методов наблюдения, стоит выбирать модели микроскопов, в которых предусмотрена установка дополнительного оборудования: конденсора тёмного поля, тёмнопольной диафрагмы, устройств фазового контраста, поляризаторов и т.п.

Оптические системы не идеальны: прохождение света через них сопряжено с искажениями изображения — аберрациями. Поэтому объективы и окуляры стараются изготавливать так, чтобы эти аберрации максимально устранить. Всё это сказывается на их конечной стоимости. Из соображений цены и качества имеет смысл покупать планахроматические объективы для профессиональных исследований. Сильные объективы (с увеличением, например, 100×) имеют числовую апертуру больше 1 при использовании иммерсии, масла с высоким показателем преломления, раствора глицерина (для УФ-области) или просто воды. Поэтому, если кроме «сухих» объективов вы берёте ещё и иммерсионные, стоит заранее позаботиться об иммерсионной жидкости.

Её показатель преломления обязательно должен соответствовать конкретному объективу.

Иногда следует обратить внимание на устройство предметного столика и рукояток для управления им. Стоит выбрать и тип осветителя, которым может быть как обычная лампа накаливания, так и светодиод, который ярче и греется меньше. Микроскопы тоже имеют индивидуальные особенности. Каждая дополнительная опция — это добавка в цене, поэтому выбор модели и комплектации остаётся за потребителем.

Сегодня нередко покупают недорогие микроскопы для детей, монокуляры с небольшим набором объективов и скромными параметрами. Они могут послужить хорошей отправной точкой не только для исследования микромира, но и для ознакомления с основными принципами работы микроскопа. После этого ребёнку уже стоит купить более серьёзное устройство.

Как смотреть

Можно купить далеко не дешёвые наборы готовых препаратов, но тогда не таким ярким будет ощущение личного участия в исследовании, да и наскучат они рано или поздно.

Поэтому следует позаботиться и об объектах для наблюдения, и о доступных средствах для подготовки препаратов.

Наблюдение в проходящем свете предполагает, что исследуемый объект достаточно тонок. Даже кожура ягоды или фрукта слишком толста, поэтому в микроскопии исследуют срезы. В домашних условиях их делают обычными бритвенными лезвиями. Чтобы не смять кожуру, её помещают между кусочками пробки или заливают парафином. При определённой сноровке можно достигнуть толщины среза в несколько клеточных слоёв, а в идеале следует работать с моноклеточным слоем ткани — несколько слоёв клеток создают нечёткое сумбурное изображение.

Исследуемый препарат помещают на предметное стекло и в случае необходимости закрывают покровным. Купить стёкла можно в магазине медицинской техники. Если препарат плохо прилегает к стеклу, его фиксируют, слегка смачивая водой, иммерсионным маслом или глицерином. Не всякий препарат сразу открывает свою структуру, иногда ему нужно «помочь», подкрасив его форменные элементы: ядра, цитоплазму, органеллы. Неплохими красителями служат йод и «зелёнка». Йод достаточно универсальный краситель, им можно окрашивать широкий спектр биологических препаратов.

При выезде на природу следует запастись баночками для набора воды из ближайшего водоёма и маленькими пакетиками для листьев, высохших остатков насекомых и т.п.

Что смотреть

Микроскоп приобретён, инструменты закуплены — пора начинать. И начать следует с самого доступного — например, кожуры репчатого лука. Тонкая сама по себе, подкрашенная йодом, она обнаруживает в своём строении чётко различимые клеточные ядра. Этот опыт, хорошо знакомый со школы, и стоит провести первым. Луковую кожуру нужно залить йодом на 10—15 минут, после чего промыть под струёй воды.

Кроме того, йод можно использовать для окраски картофеля. Срез необходимо сделать как можно более тонким. Буквально 5—10 минут его пребывания в йоде проявят пласты крахмала, который окрасится в синий цвет.

На балконах часто скапливается большое количество трупиков летающих насекомых. Не торопитесь от них избавляться: они могут послужить ценным материалом для исследования. Как видно из фотографий, вы обнаружите, что на крыльях насекомых есть волоски, которые защищают их от намокания. Большое поверхностное натяжение воды не позволяет капле «провалиться» сквозь волоски и коснуться крыла.

Если вы когда-нибудь задевали крыло бабочки или моли, то, наверное, замечали, что с неё слетает какая-то «пыль». На снимках отчётливо видно, что это не пыль, а чешуйки с крыльев. Они имеют разную форму и довольно легко отрываются.

Кроме того, с помощью микроскопа можно изучить строение конечностей насекомых и пауков, рассмотреть, например, хитиновые плёнки на спине таракана. И при должном увеличении убедиться, что такие плёнки состоят из плотно прилегающих (возможно, сросшихся) чешуек.

Не менее интересный объект для наблюдения — кожура ягод и фруктов. Однако либо её клеточное строение может быть неразличимым, либо её толщина не позволит добиться чёткого изображения. Так или иначе, придётся сделать немало попыток, прежде чем получится хороший препарат: перебрать разные сорта винограда, чтобы найти тот, у которого красящие вещества кожуры имели бы интересную форму, или сделать несколько срезов кожицы сливы, добиваясь моноклеточного слоя. В любом случае вознаграждение за проделанную работу будет достойным.

Ещё более доступны для исследования трава, водоросли, листья. Но, несмотря на повсеместную распространённость, выбрать и приготовить из них хороший препарат бывает непросто. Самое интересное в зелени — это, пожалуй, хлоропласты. Поэтому срез должен быть исключительно тонким.

Приемлемой толщиной нередко обладают зелёные водоросли, встречающиеся в любых открытых водоёмах. Там же можно найти плавучие водоросли и микроскопических водных обитателей — мальков улитки, дафний, амёб, циклопов и туфелек. Маленький детёныш улитки, оптически прозрачный, позволяет разглядеть у себя биение сердца.

Сам себе исследователь

После изучения простых и доступных препаратов захочется усложнить технику наблюдения и расширить класс исследуемых объектов. Для этого понадобится и специальная литература, и специализированные средства, свои для каждого типа объектов, но всё-таки обладающие некоторой универсальностью. Например, метод окраски по Граму, когда разные виды бактерий начинают различаться по цвету, можно применить и для других, не бактериальных, клеток. Близок к нему и метод окраски мазков крови по Романовскому. В продаже имеется как уже готовый жидкий краситель, так и порошок, состоящий из его компонентов — азура и эозина. Их можно купить в специализированных магазинах либо заказать в интернете. Если раздобыть краситель не удастся, можно попросить у лаборанта, делающего вам анализ крови в поликлинике, стёклышко с окрашенным её мазком.

Продолжая тему исследования крови, следует упомянуть камеру Горяева — устройство для подсчёта количества клеток крови и оценки их размеров. Методы исследования крови и других жидкостей с помощью камеры Горяева описаны в специальной литературе.

***

В современном мире, где разнообразные технические средства и устройства находятся в шаговой доступности, каждый сам решает, на что ему потратить деньги. Это может быть дорогостоящий ноутбук или телевизор с запредельным размером диагонали. Находятся и те, кто отводит свой взор от экранов и направляет его далеко в космос, приобретая телескоп. Микроскопия может стать интересным хобби, а для кого-то даже и искусством, средством самовыражения. Глядя в окуляр микроскопа, проникают глубоко внутрь той природы, часть которой мы сами.

Фото автора.

***

«Наука и жизнь» о микросъёмке:

Микроскоп «Аналит» — 1987, № 1.

Ошанин С. Л. С микроскопом у пруда. — 1988, № 8.

Ошанин С. Л. Невидимая миру жизнь. — 1989, № 6.

Милославский В. Ю. Домашняя микрофотография. — 1998, № 1.

Мологина Н. Фотоохота: макро и микро. — 2007, № 4.

***

Словарик к статье

Апертура — действующее отверстие оптической системы, определяемое размерами зеркал, линз, диафрагм и других деталей. Угол α между крайними лучами конического светового пучка называется угловой апертурой. Числовая апертура А = n sin(α/2), где n — показатель преломления среды, в которой находится объект наблюдения. Разрешающая способность прибора пропорциональна А, освещённость изображения А2. Чтобы увеличить апертуру, применяют иммерсию.

Иммерсия — прозрачная жидкость с показателем преломления n > 1. В неё погружают препарат и объектив микроскопа, увеличивая его апертуру и тем самым повышая разрешающую способность.

Планахроматический объектив — объектив с исправленной хроматической аберрацией, который создаёт плоское изображение по всему полю. Обычные ахроматы и апохроматы (аберрации исправлены для двух и для трёх цветов соответственно) дают криволинейное поле, которое исправить невозможно.

Фазовый контраст — метод микроскопических исследований, основанный на изменении фазы световой волны, прошедшей сквозь прозрачный препарат. Фаза колебания не видна простым глазом, поэтому специальная оптика — конденсор и объектив — превращает разность фаз в негативное или позитивное изображение.

Моноциты — одна из форм белых клеток крови.

Хлоропласты — зелёные органеллы растительных клеток, отвечающие за фотосинтез.

Эозинофилы — клетки крови, играющие защитную роль при аллергических реакциях.

Поговорим о микроскопах / Хабр

Помнится, в далеком детстве мне подарили микроскоп «Натуралист» – игрушечный, но таки дающий фиксированное увеличение аж в шестьдесят раз. Состоял он из одной трубки, закрепляемой на пластмассовом футляре, одновременно играющим роль основания. Сколько интересных вещей тогда было пересмотрено через окуляр, подсвеченный тусклым зеркальцем – от листьев водорослей до целого таракана…

Рис. 1. Детский микроскоп «Натуралист» (за неимением лучшего — фото с торговой площадки)

С тех пор прошло более тридцати лет, но о детском увлечении я не забыл. И вот однажды под влиянием приступа ностальгии я решил купить себе такую же игрушку, только чуть посовременнее. Но первый же взгляд на соответствующий раздел Интернет-площадки показал: чего-то я в этой жизни не понимаю. От обилия самый разных устройств, описываемых одним и тем же словом «микроскоп», просто рябило в глазах. И вот вместо пары быстрых щелчков мышкой пришлось плотно сесть и разобраться хотя бы в самых азах современной микроскопии. Результаты ниже.

Предупреждение: обзор не претендует на исчерпывающее описание и рассчитан на энтузиастов-любителей, интересующихся предметом для себя или для детей. Статья не содержит никакой теории, связанной с оптикой, ее в избытке хватает в других материалах.

Типы микроскопов

Существует довольно много самых разных задач, в которых необходимо детально рассмотреть мельчайшие детали объектов – от драгоценных камней и монет до внутренностей живой клетки. От того, что и как нам нужно увидеть, сильно зависят и применяемые методы. Оставим сейчас за кадром самые мелкие объекты типа вирусов или молекулярной структуры вещества и сосредоточимся на более крупных предметах размерами от бактерии и выше. Оптические устройства, применяемые для таких задач, делятся на два больших класса: биологические (компаундные) и стереомикроскопы.

Подробно останавливаться на стереомикроскопах не станем. Замечу только, что, вопреки подсознательным ожиданиям от названия, данный класс устройств предназначен не для создания стереокартинок. Стереомикроскопы используются для обследования сравнительно крупных непрозрачных предметов в отраженном свете: микросхем, камней, насекомых и т.п. Они отличаются сравнительно небольшим оптическим увеличением (40-60-80х, хотя наиболее продвинутые могут иметь даже 200х) и часто снабжены встроенными мониторами либо цифровыми интерфейсами. Источник света находится над образцом. Размеры – от карманных устройств до солидных стационарных установок.

Некоторые стереомикроскопы для промышленных целей даже лишены оптического окуляра и предназначены исключительно для подключения к компьютеру/смартфону через USB/WiFi («цифровые микроскопы»). Такие микроскопы сравнительно дешевы. Если надо как следует рассмотреть таракана, бриллиант или распайку элементов на плате, этот тип устройств для вас. Только помните, что супер-увеличения типа 1600х, которые часто можно встретить в описаниях даже самых дешевых устройств, относятся к цифровому увеличению и даже близко не отражают реальное оптическое. Каково оно? А кто его знает, производители до таких деталей не снисходят.


Рис. 2. Aomekie stereo microscope с увеличением 20х/40х (фото производителя)

Биологические микроскопы

Основной класс устройств, на котором мы сконцентрируемся – то, что называется биологическим микроскопом, в английской терминологии «компаундным» (составным, от compound). Он предназначен для рассматривания тонких прозрачных образцов (срезы тканей, бактерии, микроорганизмы и т.п.) в проходящем свете. Образец подготавливается на предметном стекле, умещаемом на рабочей платформе, источник света – внизу, под образцом.

Следует понимать, что под биологический микроскоп того же таракана засунуть сложно: для мощной оптики, где расстояние между линзой и препаратом составляет буквально десятую долю миллиметра, препарат должен быть очень тонким, плоским и прозрачным, специально подготовленным и, возможно, окрашенным. Обычно это капля или тонкая пленка, размещенная между предметным и покровным стеклом. Под маломощный объектив таракан влезет (фокусное расстояние у них от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров). Однако следует озаботиться хорошим внешним источником света и не стоит рассчитывать на высокую глубину резкости: в каждый момент времени вы сможете отчетливо видеть только определенный слой изображения.

Типовой биологический микроскоп состоит из трех частей: механическая платформа (база, предметный столик, устройства наведения и фокусировки), подсветка и оптическая система.


Рис. 3. Микроскоп Celestron (фото производителя)

Механическая платформа

Механическая часть состоит из основания, на которой монтируются все прочие компоненты, и предметного столика, на котором умещается образец. Очень важной частью механики является система, отвечающая за перемещение предметного столика в трех измерениях – именно так образец подводится в точку фокуса неподвижного объектива. Существуют модели, в которых перемещается объектив, но это редкая экзотика. В устройствах начального уровня механика самая примитивная. Подстройка по высоте (фокусировка) есть только грубая (coarse), перемещение образца в плоскости – пальцами.

В более сложных моделях в дополнение к грубой фокусировке появляется тонкая (fine), а также зажим, перемещающий предметное стекло в горизонтальной плоскости (его подвижная сторона имеет характерный вид полумесяца, ее хорошо видно на изображениях устройств). В наиболее простых микроскопах вертикальное перемещение регулируется разными винтами/рукоятками, в более продвинутых они совмещены на одной оси. В микроскопах без тонкой фокусировки есть реальная опасность раздавить как предметное стекло, так и линзу объектива из-за неловкого движения руки.

Материал корпуса – пластик либо металл. Пластик легче, но и хрупче. Обычно он применяется в мобильных моделях, предназначенных для детей либо полевых лабораторий – там, где важно минимизировать вес. Для стационарных микроскопов используется металл: он не только прочнее, но и менее подвержен вибрациям, которые на высоких увеличениях становятся критичными. Вес металлического микроскопа – 3-4 килограмма.

Исторически база микроскопа состояла из неподвижного основания и подвижного кронштейна, позволяющего менять ориентацию микроскопа относительно вертикали. Это было необходимо не только для комфорта работы, но и для получения качественной подсветки. Однако современные микроскопы имеют монолитное основание с фиксированным углом наклона глазных тубусов, что не всегда удобно. Учтите, что от этого угла прямо зависит комфорт вашей шеи во время работы, так что подбирайте устройство с углом, подходящим именно вам.


Рис. 4. AmScope M500 с простейшим предметным столиком без перемещения в плоскости (фото производителя)

Электрические компоненты

Мало подвести образец в точку фокуса, его надо еще и правильно подсветить. Плохая подсветка приведет к слишком темному или, наоборот, пересвеченному неразборчивому изображению, а также к неоднородному освещению поля.

Исторически для подсветки использовалось вогнутое зеркало, расположенное под отверстием в столике. Однако с его помощью сложно добиться качественного равномерного освещения поля зрения, что критично на высоких увеличениях. Также оно накладывает очень серьезные ограничения по размещению микроскопа относительно источника света, а также на сам источник. Такое зеркало сегодня осталось только в самых примитивных устройствах, обычно в полевых либо детских микроскопах, как в показанном в начале статьи «Натуралисте». Иногда, впрочем, оно может поставляться как дополнительная опция, замещающая основной источник света.

Сегодня для подсветки используются разные виды встроенных в основание ламп. До относительно недавнего времени применялись лампы галогенные или накаливания, но они имели свои проблемы. В первую очередь – из-за того, что свет генерировался тонкой нитью, а проецировать его приходилось на круглое поле, что, опять же, создает проблемы с равномерностью. Однако в современных условиях индустрия широко использует LED-источники света, что проблему сняло.

Запитывается подсветка либо от батареек (такие микроскопы особенно хороши для детей, поскольку их можно повсюду таскать с собой), либо проводом от розетки. Если заказываете проводное устройство за рубежом, помните о переходниках для вилки.

Регулировка подсветки выполняется как интенсивностью лампы, так и световым конденсором под рабочим столиком, имеющим диафрагму и линзу для фокусировки света на образце. В недорогих моделях наиболее распространен конденсор Аббе (Abbe condenser) или его модификации, это название можно часто увидеть в описании микроскопа. Для любительских занятий обычно применяется подсветка вида «светлое поле» (в смысле, прозрачные объекты рассматриваются на ярком белом фоне), хотя есть и другие типы: «темное поле», дающее инвертированное изображение, флуоресцентная подсветка и т.п. Конденсор может быть сменным, позволяя получать в одном и том же микроскопе разные типы подсветки.

Попадаются также модели с дополнительной верхней подсветкой, как на картинке ниже (этакий гибрид биологического и стереомикроскопа), но обычно это удел любительских устройств и малых увеличений: мощные объективы, практически втыкающиеся в покровное стекло, попросту заслоняют верхний свет. На практике уже сорокакратный объектив даже при хорошей внешней подсветке почти ничего не видит, а стократный показывает полный мрак.

Обратите, кстати, внимание: микроскоп на картинке не обладает полноценным конденсором, вместо него – только источник света и диафрагма. На столике присутствуют только самые примитивные зажимы-клипсы для предметного стекла, перемещение препарата в плоскости – пальцами.


Рис. 5. Любительский микроскоп Swift SW150 входного уровня с дополнительной верхней подсветкой (фото производителя)

Оптическая система – объективы

Оптическая система состоит из объективов (смотрят непосредственно на образец) и окуляров (eyepiece, прилегают к глазу).

Объективы, непосредственно рассматривающие образец, монтируются на револьверном диске для быстрой их смены. По нынешним временам они имеют четыре типовых диапазона увеличения: 4-5х (сканирующий объектив, обычно служит для грубой наводки на цель), 10-15х (маломощные линзы), 40-60х (высокомощные) и 90-100х и выше (сверхмощные). Объективы с увеличением выше 100х встречается редко и уж точно не в любительских микроскопах.

Первые три типа («сухие») обычно стандартны для всех моделей, даже для детских. Последний тип объективов встречается в более продвинутых моделях и для получения качественного изображения требует специальной техники использования – иммерсионной. Суть в том, что коэффициенты преломления воздуха и стекла разные для разных длин волн (именно на этом основано разложение белого цвета в спектр). Если между образцом и объективом есть воздух, на стократном увеличении проявляется сильная хроматическая аберрация, снижающая резкость вплоть до полной неразборчивости.

Поэтому для сильных (девяностократных и выше) объективов обычно используется техника погружения (иммерсии) передней линзы объектива в специальное масло, имеющее тот же коэффициент преломления, что и стекло. На покровное стекло наносят каплю масла, в которое непосредственно опускается объектив. После исследования масло с линзы смывается. Такие объективы обычно помечаются словом oil. Могут они использоваться и насухо, но добиться высокой резкости в этом случае невозможно. Масло входит в начальный комплект микроскопа с такими объективами, а также может быть куплено отдельно (из натуральных масел идеально подходит кедровое). Масляную иммерсию нельзя использовать с менее мощными объективами, для которых она не упомянута явно.

Что интересно, еще в середине прошлого века иммерсионными были даже объективы 50х, но с тех пор техника заметно продвинулась вперед. Исторически первой иммерсионной жидкостью являлась обычная вода (техника изобретена еще в начале 19 в.), подходящее масло впервые подобрали ближе к концу того же столетия.

Также стократные объективы могут напрямую упираться в покровное стекло препарата. Защита фронтальной линзы обычно выполняется с помощью специальной пружинящей оправы (слово spring в описании объектива). Несколько раз в описаниях также попадалось слово feather вместо spring, хотя найти определение мне так и не удалось. Для любительских исследований такие объективы избыточны как с точки зрения дополнительной немалой цены, так и с точки зрения затрачиваемых усилий. Особой дополнительной ценности в домашних условиях они не представляют.


Рис. 6. Набор ахроматических объективов фирмы OMAX с типичными мощностями 4х, 10х, 40х и 100х (фото производителя). На стократном объективе хорошо видна пружинящая оправа

Оптическая система – окуляры

Сменные окуляры вставляются в тубусы в верхней части микроскопа и имеют свое собственное фиксированное увеличение, например 10х, 16х, 25х. Чем выше увеличение, тем короче окуляр. Очкарикам типа меня надо держать в уме, что, в отличие от фотоаппарата, работа с окуляром микроскопа в очках крайне затруднена: окуляр должен практически прижиматься к глазу. Вынос зрачка (eye relief) у обычных окуляров составляет 7-13 мм, с очками нужны специальные окуляры с высоким выносом (15-20 мм). Однако это особой проблемы не составляет. В любом случае резкость в микроскопе подстраивается под глаз индивидуально. Даже с самой высокой близорукостью в микроскопе можно видеть резкое изображение. Неудобство только в том, что очки все время приходится снимать и надевать.

Окуляры могут быть широкофокусными (помечаются буквами WF, wide focus). Такой окуляр имеет большую ширину поля зрения, что заметно облегчает работу с широкими препаратами.
Также следует упомянуть линзу Барлоу (Barlow lens). Это дополнительная трехслойная линза, помещаемая в тубус оптического прибора перед окуляром и дающая небольшое дополнительное увеличение. Как правило, в комплекте поставки микроскопа можно встретить линзы Барлоу 2х. Это банальный маркетинговый трюк. Дешевые ахроматические стеклянные (или даже, упаси боже, пластиковые) линзы заметно ухудшают качество изображения, а потому при мощном увеличении бессмысленны. При низких же и средних сочетания объектива и окуляра вполне достаточно.

По количеству окуляров микроскопы делятся на классические монокулярные (один окуляр), бинокулярные (два окуляра, чтобы смотреть обеими глазами) и тринокулярные (третий тубус/порт обычно монтируется вертикально и служит для подсоединения фото- или видеокамеры).

Наиболее прост в использовании монокуляр. К нему очень легко привыкнуть, а проблему он создает единственную – сильную нагрузку на один глаз при расслабленном другом. При долгом использовании это может кончиться неприятными последствиями для зрения.

Бинокулярные микроскопы используются для обоих глаз сразу и создают стереоизображение. Они позволяют регулировать расстояние между окулярами для подгонки под свои зрачки. Также один из тубусов бинокуляра содержит регулировку, позволяющую компенсировать разницу в диоптриях между глазами. Следует держать в уме, однако, что создание цельного изображения при использовании бинокуляра гораздо сложнее, чем с монокуляром, к нему следует привыкать. Кроме того, регулировка имеет свои ограничения по расстоянию между зрачками, так что подстройка под ребенка может оказаться невозможна. Детский микроскоп следует брать монокулярный, да и для эпизодических любительских упражнений бинокуляр особо не пригодится.

Тринокулярные устройства выглядят эффектно и удобно, если речь идет о трансляции изображения наружу одновременно с работой. Однако следует учитывать, что не всегда все три порта могут использоваться одновременно. Встречаются решения, в которых, например, приходится выбирать между одним из глазных тубусов и третьим портом.


Рис. 7. Тринокуляр Omax M837ZL с вертикальным портом для камеры (фото производителя)

Оптическая система – заключение

Суммарная мощность биологического микроскопа вычисляется как произведение увеличений окуляра и объектива. Например, с объективом 40х и окуляром 10х общее увеличение составит 400х. Однако следует учитывать, что для стандартных ахроматических линз добиться четкого изображения на сверхмощном увеличении из-за законов оптики практически невозможно. Начиная с определенного момента, линзы будут только увеличивать уже видимые детали, но не добавлять новые. Максимальное эффективное оптическое увеличение составляет примерно 1500х, а то и меньше, в домашних условиях 1000х – практический потолок. Для более высоких разрешений применяются дорогие апохроматические линзы либо электронные микроскопы, что уже совсем другая песня.

Вообще 1000х – много это или мало? Размер золотистого стафилококка – около 1 мкм (1/1000 мм), амебы – 200-600 мкм, одноклеточной водоросли – около 40 мкм. Тысячекратного увеличения вполне хватит, чтобы разглядеть все это с подробностями. Так что не обращайте особого внимания на маркетинговые цифры максимального увеличения 2500-3000х, получаемого тупым перемножением максимальных мощностей объективов и окуляров. Установить вы его установите, только в результате получится как в песне «Сиреневый туман под линзой проплывает…»

При работе с препаратами также важна правильная установка диафрагмы конденсора. Узкая диафрагма повышает контрастность и резкость, но затемняет изображение. Широкая диафрагма пропускает больше света, но может сделать изображение пересвеченным и малоконтрастным, скрывая детали и даже целые объекты. Подбор диафрагмы для каждого препарата выполняется индивидуально.

На картинке ниже обратите внимание на вращающуюся головку микроскопа, позволяющую ориентировать окуляры в нужном направлении. Такая конструкция удобна при работе нескольких человек. Однако подстраивать резкость под свои глаза каждому все равно придется индивидуально.


Рис 8. Бинокулярный микроскоп Motic BA80 (фото производителя). Под столиком в центре хорошо виден конденсор, на столике – месяцевидный зажим для предметного стекла

Оптическая система – сопряжение микроскопа с компьютером

Подключение микроскопа к внешним устройствам, таким как монитор или компьютер, выполняется за счет установки специальной видеокамеры *вместо* окуляра или в выделенный порт тринокуляра. Следует держать в уме, что в этом случае теряется увеличение, даваемое окуляром, остается только увеличение объектива и нерегулируемых линз камеры. В параметрах камер обычно указывается только емкость ее матрицы (3, 5, 10 и более мегапикселей), оптическое увеличение остается тайной за семью печатями. Кроме того, поле зрения камеры существенно уже, чем у человеческого глаза.

Сама по себе камера может не распознаваться стандартными средствами Windows и приложений (и не надо – без микроскопа она полностью слепа), так что производители прилагают к ней специализированный софт. Он позволяет как делать фотографии, так и записывать видео. На рынке есть разные виды камер – от стареньких с разрешением 640х480 до современных с разрешением аж до 20 мегапикселей. Отличаются они также интерфейсами, что влияет на возможности записи видео в первую очередь (получение видеопотока с высоким FPS и разрешением через USB 2.0 будет затруднительно). Также камеры могут подключаться напрямую к монитору или иному устройству через HDMI, иметь WiFi-интерфейс и т.п.

Многие производители предлагают для своих микроскопов также и камеры, но никто не мешает купить камеру от другого вендора. Следует только учитывать, что диаметр тубуса у разных микроскопов может отличаться, так что следует удостовериться, что данная камера подходит для данного тубуса. Ну, или использовать переходники, которые тоже продаются. Стандартный диаметр для окуляра биологического микроскопа – 23,2 мм, стереомикроскопа – 30 и 30,5 мм.

Существуют также относительно дешевые насадки, позволяющие перенаправлять оптический поток из окуляра в объектив камеры смартфона. Плюс такого устройства – сохранение оригинального увеличения, поскольку монтируются они поверх окуляра. Минус – возможности получения и сохранения изображения ограничиваются невеликими возможностями смартфона. Ну, и поле зрения у такой камеры все равно уже, чем у глаза.


Рис. 9. Цифровая камера для микроскопа Puls Life Science DCM-310 (фото производителя)

Цены и производители

Цены на биомикроскопы можно найти самые разные. Те, что позиционируются для детей, попадаются и за 30-40 евро, однако следует помнить о возможных ограничениях типа фиксированного окуляра 10х, не поддерживающего установку камеры, отсутствия конденсора, а то и вообще подсветки, примитивном предметном столике и т.п. В Европе можно купить монокулярные микроскопы с тремя объективами, рассчитанные на энтузиастов и студентов, их ценовая категория – от 100 евро. Камера для микроскопа – от 50 евро (и далее в космос: двадцатимегапиксельная может стоит и семь сотен). Более профессиональные микроскопы – би- и тринокуляры со стократными объективами – стоят от 250 евро. Наконец, многие вендоры предлагают комплекты, специально рассчитанные на детей, студентов и энтузиастов. В них могут входить монокуляр входного уровня, простенькая видеокамера, базовый набор инструментов и предметных стекол и т.п. Цены на такие комплекты начинаются от полутора сотен евро.

К покупке следует обязательно добавить минимум один набор из предметных и покровных стекол (от 8-10 евро – учтите, это расходный материал), а также, по желанию, набор заранее подготовленных препаратов (крылья, ноги, хвосты, листики и подобные нехитрые препараты для вхождения в тему). Ну, а дальше – скальпели, пинцеты, микротомы, чашки Петри, пробирки, препараторские иглы и так далее, и тому подобное в зависимости от ваших увлечений. Также обязательно купите изопропиловый спирт (чем выше концентрация, тем лучше), кисточки, продувки, салфетки из микрофибры и т.п. – оптика имеет свойство пачкаться и пылиться, а даже отдельные пылинки на линзах микроскопа отобьются пятнами на изображении.

Учитывайте также, что цены на одни и те же товары на американском, английском и немецком Амазонах, не говоря уже про eBay, могут очень существенно различаться, так что после выбора модели стоит порыться на разных площадках в поисках цены пониже. Также можно искать микроскопы на Алиэкспрессе. Однако хотя там цены заметно ниже, чем в Европе, цена на доставку оказывается сопоставима с ценой самого микроскопа, что полностью лишает затею смысла.

Какой бренд выбрать? Поскольку оптика для микроскопов критично важна, на этом рынке отметились крупные мировые производители, связанные с оптикой – Олимпус, Цейс, Лейка, Никон и так далее. Однако цены на их устройства даже входного уровня, мягко говоря, не радуют, да и в розницу они могут просто не работать. Так что любителю стоит приглядеться к более демократичным вендорам, таким как Swift, Bresser, Omax или AmScope. Также можно приобрести отдельные объективы и окуляры, в том числе китайского производства (есть неплохие, судя по отзывам), но в этом случае нужно удостовериться что они совместимы с микроскопом. Европейский стандарт, определяющий резьбу и прочие механические и оптические параметры, называется DIN.

Немного практики. Игрушка в реальности

После месяца мучительных раздумий, в которых детское «хочу!» отчаянно боролось с взрослой скупостью и рационализмом, я остановился на бинокуляре Swift 350B. Почему? Ничего особенного: микроскопы Swift при умеренных ценах имеют качество, подходящее даже для лабораторных условий. Плюс на осенней распродаже на английском Амазоне эта модель продавалась всего за 160 фунтов. Чтобы два раза не вставать, вторым компонентом покупки стала трехмегапиксельная камера Swift стоимостью 80 фунтов.

Выглядит комплект поставки микроскопа примерно так:

Четыре объектива (4х, 10х, 40х и 100х) уже установлены в револьверное кольцо, наборы окуляров (10х и 25х) вложены отдельно. Обратите внимание на пустую вертикальную выемку над головкой и два пустых гнезда – упаковка универсальна и рассчитана в том числе на тринокуляры. Шнур/гнездо питания – C13/C14, блок питания встроен в основание. В комплект входит простенький пластиковый чехол а-ля «мешок мусорный обыкновенный».

В сборе и с подключением к ПК выглядит так (на мониторе – транслируемое с микроскопа изображение пчелиной ноги):

Теперь посмотрим, как выглядят образцы с разным увеличением при трансляции с камеры. Начнем с препарата листа флокса (поперечный срез) из продаваемого набора образцов. Использованы объективы 4х, 10х, 40х и 100х (без масла).


(4х)


(10х)


(40х)


(100х)

Как видно, без иммерсии стократный объектив ничего внятного не показывает. Сорокакратный показывает, но из-за малой глубины резкости приходится выбирать, какой слой препарата рассматривать. Поскольку вместо окуляра использована оптика камеры, финальное оптическое увеличение я определить затрудняюсь. Для сравнения: на снимке ниже то, что видит камера сотового телефона через окуляр 25х и объектив 4х (итоговое увеличение 100х). Снималось с рук, поскольку держатель для телефона я не купил, отсюда обрезанность по бокам.

Можно предположить, что камера дает увеличение 20-25х, но какова его часть оптическая, а какова цифровая, определить сложно.

Второй препарат – сделанный самостоятельно. Просто капля воды из кухонной раковины под покровным стеклом без какой-либо подготовки. Объективы те же: 4х, 10х, 40х.


(4х)


(10х)


(40х)

Обратите внимание на радужную кайму по границе капли (дугообразная черная линия на втором и третьем снимках). Если на 4х аберраций не видно никаких, то на 10х уже появляется слабое искажение цветов на границах объектов. На 40х радуга становится настолько заметной, что отчетливо видна даже на снимке камеры и заметно ухудшает резкость. Именно для ликвидации такого эффекта стократные объективы погружают в масло.

Для сравнения: что видит камера смартфона через окуляр при с комбинацией 4х * 25х:

Напоследок пара слов о стеклах. Препарат, помимо наблюдаемого объекта, состоит из толстого предметного стекла и тонкого покровного. Предметное стекло кладется на столик, покровное обращено к окуляру. Следует быть чрезвычайно осторожным при работе с покровными стеклами: при толщине 0,13-0,17 мм они имеют весьма острые грани, несмотря даже на специальную их обработку. При неаккуратном обращении они могут запросто распластать вам палец, а то и сломаться в ране. Ни в коем случае не позволяйте работать с ними малым детям, да и подростков тоже следует проконтролировать на начальном этапе.

По окончании работы с препаратом следует либо как следует очистить и обезжирить стекла. Остатки жира и масла приведут к тому, что капля будет не растекаться по стеклу, а разбиваться на еще более мелкие капли, затрудняя рассмотрение. В лабораториях применяются разные методы обезжиривания, но они небезопасны и требуют специальных химикатов, зачастую ядовитых, и оборудования типа вытяжек. В домашних условиях наиболее простой способ – изопропиловый спирт либо получасовое кипячение на медленном огне в растворе 2-5% растворе пищевой соды (примерно чайная ложна на 100 мл). Грязное покровное стекло, скорее, проще выбросить – оно слишком хрупкое и легко ломается. Да и за предметные стекла тоже особо держаться не стоит – это дешевый расходный материал. Иммерсионные объективы от масла чистятся так же, как и любая другая оптика: изопропиловым спиртом на микрофибре.

На этом введение в основы оптической микроскопии закончены. Успехов в самостоятельном плавании.

Физтехи создали флуоресцентный белок с уникальными свойствами

Фото. Светящиеся бактерии Escherichia coli с флуоресцентным белком из Chloroflexus aggregans на чашке Петри в форме символа МФТИ. Предоставлено авторами исследования

Биофизики из МФТИ в сотрудничестве с учеными из Института структурной биологии (Гренобль, Франция), Исследовательского центра г. Юлих (Германия) и Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена (Германия) обнаружили в клетках термофильной бактерии белок, принадлежащий к семейству так называемых LOV-доменов (light oxygen voltage). Изучив его, ученые сконструировали новый хорошо кристаллизующийся флуоресцентный белок беспрецедентно малого размера и невиданной прежде термостабильности. Этот белок, по мнению создателей, позволит открыть новые горизонты в изучении функционирования клеток раковых опухолей — исследовании процессов их размножения, роста и метастазирования — или, например, термофильных бактерий. Работа опубликована в журнале Photochemical & Photobiological Sciences.

Флуоресцентная микроскопия — метод исследования живых тканей, основанный на явлении наведенного свечения — флуоресценции. Некоторые белки (их так и называют флуоресцентными) обладают способностью под действием внешнего излучения (обычно лазерного) определенной длины волны излучать свет другой длины волны, который можно обнаружить с помощью микроскопа. Если флуоресцентный белок каким-то образом — например, методами генной инженерии — прицепить к какому-либо интересующему нас белку, то за поведением последнего можно наблюдать в микроскоп и изучать его жизнь внутри клетки. Этот метод оказался настолько важен для науки, что за флуоресцентную микроскопию были присуждены одна за другой две Нобелевские премии: одна за открытие самого метода, другая — за радикальное повышение его точности.

Но те флуоресцентные белки, которые до сих пор применялись для изучения внутриклеточной жизни, обладали некоторыми важными недостатками. Во-первых, они могли быстро распадаться под действием тепла. Во-вторых, они обладали большими размерами, что весьма затрудняло их прикрепление к белкам, которые интересуют исследователя. Но самое важное — они не могли флуоресцировать в отсутствие растворенного кислорода в среде.

«Наш белок, во-первых, более термостабилен по сравнению с аналогами: он разрушается только при 68 ºC, — рассказывает один из авторов работы Вера Назаренко, научный сотрудник лаборатории структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ. — Во-вторых, он обладает миниатюрными размерами в сравнении с большинством применяемых сейчас громоздких флуоресцентных белков. И может светиться в бескислородных условиях».

Рисунок 1. Трехмерная структура флуоресцентного белка. Предоставлено авторами исследования

Обладающий столь замечательными свойствами белок ученые первоначально обнаружили в клетках термофильной (живущей при высоких температурах окружающей среды, в горячих источниках) бактерии Chloroflexus aggregans. Далее они с помощью методов генной инженерии сконструировали последовательность ДНК, которая воспроизводит только флуоресцентный фрагмент. В частности, от природного белка удалось «отрезать» все лишнее, не несущее полезного функционала, достигнув этим экстремально маленького размера белковой молекулы.

Ген, в котором закодирован новый белок, ученые подсадили в клетки другой бактерии — Escherichia coli, всем известной кишечной палочки. И последняя сделалась фабрикой для производства нового флуоресцентного белка, обладающего уникальными свойствами — термостабильностью и миниатюрностью.

Рисунок 2. Трехмерная структура фотоактивной молекулы внутри белка — флавинмононуклеотида. Предоставлено авторами исследования

Именно этих совокупных свойств давно ждали исследователи процессов, происходящих в живых клетках: подсаживая флуоресцентные белки в клетку или «пришивая» миниатюрную молекулу к другим белкам, ученые получают возможность наблюдать, как эти белки живут, развиваются и взаимодействуют друг с другом. В частности, флуоресцентная микроскопия — один из лучших инструментов изучения механизмов возникновения и развития злокачественных опухолей.

«Например, выращивают in vitro определенный вид раковой ткани, снабжают ее клеточные белки флуоресцентными метками и подсаживают лабораторным мышам, — поясняет Вера Назаренко. — После этого биохимические процессы, происходящие в клетках опухоли на молекулярном уровне, становятся открытой книгой, и в микроскоп можно увидеть мельчайшие подробности».

С помощью флуоресцентной микроскопии в медицине уже сделано немало открытий, но эти исследования до сих пор были ограничены низкой стабильностью и громоздкостью флуоресцентных белков, имеющихся в распоряжении ученых. Теперь указанные ограничения сняты благодаря работе биофизиков МФТИ.

Мир под микроскопом

— Человеку достаточно сложно составить представление о мире микроорганизмов, поскольку в отличие от привычных растений и животных увидеть микробов невооружённым глазом он не может. Пожалуйста, расскажите, что этот мир всё-таки собой представляет? 

Жизнь существует на Земле около 4 миллиардов лет, и первые два миллиарда с небольшим планету населяли исключительно микробы. Все живые существа, включая нас с вами, являются прямыми потомками клетки или клеток микробов, которые жили 4 миллиарда лет назад. Тогда состояние поверхности планеты очень сильно отличалось от теперешнего. В частности, Земля была в целом горячее – 60-80 градусов, а её атмосфера не содержала кислорода. Поэтому первые микроорганизмы, которые её населяли, были с нашей точки зрения очень своеобразными. Они были способны жить при высоких температурах, отсутствии кислорода, высокой кислотности и тому подобное.

Сейчас таких экстремальных экологических ниш осталось мало, но все они заселены микробами. Конечно и остальная часть поверхности Земли, и даже её недра, а также океаны, от поверхности до глубин, густо заселены одноклеточными организмами – настолько, что по количеству клеток бактерии и археи (вместе они образуют царство прокариот — организмов, клетки которых, в отличие от наших, не имеют ядер), многократно превосходят количество многоклеточных организмов, которых мы с вами можем увидеть невооружённым глазом.

Кстати, утверждение, что мы не видим бактерий, и их мир для нас недоступен — не совсем верно. Например, достаточно найти какой-нибудь горячий источник, и вы увидите рядом с ним всевозможные разноцветные образования. Большинство из них связано с жизнедеятельностью бактерий. Многие месторождения железной руды также образованы бактериями, но жившими в далёком прошлом.

Brocken Inaglory / wikipedia

Большой призматический источник в национальном парке Йеллоустоун. Термофилы – тип организмов из экстремофилов, которые живут при относительно высоких температурах (от +45 до +80 °C).

— А насколько разнообразным является видовой состав бактерий и насколько хорошо они все изучены? Много ли бактерий, по оценкам учёных, остаются неизвестными?

Для бактерий не существует понятия вида как такового. Если вы видите зебру, тигра или какого-нибудь краба, то вы более или менее понимаете, что говорите о чётко отличающихся друг от друга объектах. Для них можно ввести понятие вида как группы особей, которые свободно скрещиваются (т. е., обмениваются генетической информацией) и дают плодовитое потомство. Обмена генетической информацией между видами не происходит. Бактерии же, по всей видимости, свободно обмениваются генетической информацией даже между генетически очень удалёнными индивидуумами. Тем не менее, безусловно, есть устойчивые группы бактерий, которые более родственны друг другу, чем другие.

Микробиология как наука возникла в конце 19 века после разработки методов культивации – роста бактерий на искусственных питательных средах в лабораторных условиях. В течение 20 века учёные продолжали культивировать разнообразные бактерии на чашках Петри. Но сейчас, буквально в последние 10-15 лет, стало понятно, что бактерии, которые «соглашаются» расти у нас в лаборатории, составляют ничтожную долю от общего их числа. Подавляющее большинство бактерий — 99,9%, а может 99,999% — точно никтo не знает — на чашках расти отказываются. Мы их не видим, но знаем, что они есть. В образцах почвы, воздуха — где угодно – с помощью современных методов мы можем «прочитать», определить последовательности ДНК этих бактерий. И эти последовательности очень сильно отличаются от последовательностей ДНК тех бактерий, про которые мы что-то знаем. Это говорит о том, что бактерий очень-очень много, а знаем мы их очень-очень плохо.

Adrian Daerr / commons.wikimedia

— Неоднократно приходилось слышать прогнозы, что когда оттает вечная мерзлота, проснётся куча каких-то древних бактерий, которые погубят вокруг себя всю остальную жизнь. Насколько, по вашему мнению, обоснованы такие опасения?

С одной стороны, это, конечно же, глупость, но в каждой глупости есть своё рациональное зерно. Действительно, бактерии в отличие от многих многоклеточных существ, могут долгое время сохранять жизнеспособность при низких температурах, в том числе в условиях вечной мерзлоты. Вечная мерзлота, как и глубинные слои льдов Антарктиды, образовалась сотни тысяч, а то и миллионы лет назад, и там действительно находятся бактерии. Некоторые из них жизнеспособны, и их вытаивание, вызванное глобальным потеплением, может привести к тому, что часть из них попадёт в атмосферу. С другой стороны, не очень ясно, что в данном случае означает само понятие «древние бактерии», поскольку все бактерии – древние. Те же кишечные палочки, которые живут в нас с вами — тоже древние. Они существуют давно, или по крайней мере являются потомками древних кишечных палочек и не сильно от них отличаются. Нет никаких специальных причин считать, что бактерии, которые когда-то жили и теперь в каком-то количестве в результате таяния льдов появятся снова, почему-то вдруг окажутся особенно злющими и начнут всё «крушить». Тем не менее, отдельные содержащиеся в них гены могут войти в циркуляцию и распространиться, если они окажутся полезными современным бактериям. Но я подозреваю, что весь набор генов, который для бактерий доступен в принципе, уже циркулирует и используется, и как «карты» тасуется уже очень давно, поэтому вряд ли появится что-то принципиально новое. Например, в вечной мерзлоте легко обнаруживаются бактерии с генами устойчивости к современным антибиотикам. Ведь начав использовать антибиотики люди не вызвали у бактерий устойчивости как таковой – мы просто отобрали те бактерии, у которых соответствующие гены уже были; бактерии использовали эти гены для своих нужд испокон веков.

— С антибиотиками связано ещё одно крайне распространённое опасение. Заключается оно в том, что бактерии, в конце концов, приобретут устойчивость ко всем создаваемым препаратам, после чего быстро расправятся с человечеством…

И это тоже глупость, в которой есть доля истины. Широкое использование антибиотиков привело к тому, что бактерии, которые раньше были к ним чувствительны, исчезли, а их место заняли более устойчивые варианты. Сначала повысилась частота устойчивых бактерий в больницах, сейчас регистрируют повышение частоты устойчивых бактерий или генов устойчивости к антибиотикам в природных образцах – почве, воде и т.д. Устойчивые к антибиотикам бактерии способны передавать гены устойчивости другим бактериям, которые таких генов не имеют. В результате устойчивость распространяется. Это, кстати, — прекрасная иллюстрация Дарвиновской эволюции. Увеличение частоты болезнетворных штаммов, устойчивых к антибиотикам, означает очевидную медицинскую проблему, ведь если раньше человека, подхватившего то или иное заболевание, можно было вылечить относительно простыми антибиотиками первой волны, то сейчас они уже вряд ли помогут. Хотя проблема, безусловно, есть, в целом антибиотики продолжают работать, и мы все находимся в гораздо лучшей ситуации, чем та, в которой были люди, жившие в начале прошлого века.

Антибиотики – это вовсе не изобретение людей. Это химические вещества, которые одни микробы синтезируют, чтобы подавлять рост своих соседей. Почти все имеющиеся в арсенале современной медицины антибиотики искали с помощью подхода, требовавшего выращивания бактерий на чашках, и с конца 70-х годов прошлого века новые антибиотики стали находить всё реже и реже: раз за разом учёные в разных странах находили одни и те же, уже известные вещества. Возникло ощущение, что все или почти все антибиотики найдены, и бактерии рано или поздно приобретут к ним устойчивость. Я уже говорил, что подавляющее большинство бактерий на чашках вообще не растёт. Но относительно недавно произошёл прорыв – возникла возможность изучать геномы бактерий, отказывающихся расти в лаборатории, а значит мы можем отойти от необходимости их культивировать. Поэтому сейчас, с осознанием того, что мир бактерий огромен и нам нет нужды культивировать бактерии, чтобы получить их гены (например, гены производства антибиотиков), мы приходим к пониманию, что количество новых антибиотиков, которое может быть введено в практику, потенциально неисчерпаемо.

В то же время, идея победить все бактерии также несостоятельна. Бактерии живут на Земле миллиарды лет, и останутся здесь после того, когда мы исчезнем. Подавляющее большинство микроорганизмов о нас понятия не имеет – они занимаются своими делами, мы им совершенно безразличны. Более того, мы сами зависим от населяющих нас микробов, причём, в гораздо большей степени, чем они от нас. Что касается узкого круга болезнетворных бактерий, то и с ними мы тоже никогда не справимся полностью, поскольку на любой антибиотик рано или поздно возникнет устойчивость. То есть вопрос заключается не в том, возникнет она или нет, а в том, когда она возникнет. Люди лишь могут стать чуть-чуть умнее и использовать антибиотики более разумно, чтобы устойчивость возникала медленнее, но нам всё равно придётся искать новые антибиотики.

NIAID / flickr

Микрофотографии бактерий, сделанные с помощью растрового электронного микроскопа: Метициллинрезистентный золотистый стафилококк (жёлтый) и мёртвый человеческий нейтрофил (красный).

Valerie O’Brien, Matthew Joens, Scott J. Hultgren, James A.J. Fitzpatrick, Washington University, St. Louis

Мочевой пузырь лабораторной мыши (синий), реинфицированный кишечной палочкой (лат. Escherichia coli) (розовый). Белые кровяные клетки (жёлтые) растягиваются и, как представляется, являются волокнистыми внеклеточными ловушками для обездвиживания и уничтожения бактерий.

NIAID / flickr

Мышиный макрофаг (жёлтый), инфицированный бактерией Francisella tularensis (синий), являющейся возбудителем туляремии.

— А что представляют собой те бактерии, которые человеку жизненно необходимы? 

Тело человека состоит из многих триллионов собственно человеческих клеток. При этом внутри нас и на нас живёт не меньшее количество клеток микробов, в основном бактерий. Большая их часть обитает в кишечнике и фактически образует там единый огромный орган – кишечный микробиом. Эти бактерии в значительной степени ответственны за переваривание пищи, которую мы потребляем, и за производство некоторых веществ вроде витаминов и противовоспалительных соединений, которые наш собственный организм производить не способен. Они в некотором смысле нас кормят, а мы кормим их.

Бактерии живут на слизистых и на коже. Они создают среду, необходимую, в частности, для нормального функционирования этих органов, и защищают их от попадания других, вредных бактерий. Другой вопрос, что если у вас ослабленный иммунный статус или есть какие-то повреждения, то эти же самые бактерии могут вас убить. После смерти мы потихонечку перевариваемся вовсе не червями, а бактериями — наш микробиом становится некробиомом. По изменению спектра микробов на трупе можно довольно точно определить, когда умер человек.

Современные исследования показывают, что некоторые болезни, считавшиеся до недавних пор связанными с генетической наследственностью, стрессами и другими неблагоприятными факторами среды, имеют или могут иметь бактериальную природу. Даже некоторые психические заболевания, возможно, могут быть вызваны отклонениями в составе микробиома.

В общем, если говорить в целом о значении микробов для человека, можно сказать следующее: если бактерии вдруг исчезнут, то человечество вымрет; если вдруг исчезнет человечество, то на бактерий, живущих на Земле, это окажет минимальное воздействие.

— Сейчас в СМИ постоянно появляются новости типа «открыты бактерии, поедающие пластик», «открыты бактерии, питающиеся нефтью», «найдены бактерии, производящие электричество» и т.п. Насколько значимы эти открытия, если они действительно были сделаны?

Бактерии живут в любом уголке земного шара, а это значит, что там они что-то едят, преобразуя одни химические вещества в другие, и извлекая из этого энергию. Они умеют это делать потому, что у них есть гены, которые кодируют ферменты, способные катализировать эти химические превращения.

Биохимические возможности бактерий огромны. Поэтому, когда в очередной раз в СМИ возникают утверждения типа «открыты бактерии, поедающие то или это», речь идёт о том, что кто-то провёл нижеследующий опыт. Берётся водная вытяжка какого-нибудь образца, например, почвы. В этой вытяжке всегда будет огромное количество разных бактерий, но люди, как правило, не вникают каких именно. В этом смысле это крайне нетехнологичное дело, и им любят заниматься в основном в плохоразвитых в научном отношении странах. Эту вытяжку выливают, например, на образец размельчённого пластика, политого жидкой питательной средой, или загрязненной нефтью воды. Идея состоит в том, что среди тех многочисленных микробов, которые есть в вытяжке, какие-то обязательно начнут, например, расти на нефти, потихоньку её переваривая. И действительно почти всегда что-то находят. Но проблема в том, что переваривают эту нефть, как правило, очень сложные сообщества бактерий. А воспроизводимо культивировать целые сообщества или как-то управлять ими чрезвычайно сложно. Поэтому мало что из этих вещей доходит до коммерческого использования. Ведь если речь идёт о коммерческом продукте, вы должны суметь сделать некий состав, например, порошок, содержащий определённое количество охарактеризованных бактерий, и ваш покупатель, рассыпав этот порошок на ту или другую проблемную поверхность, гарантированно должен получить результат. Так вот, со сложными сообществами бактерий добиться воспроизводимости фактически невозможно.

— Для того, чтобы получить сорт какого-нибудь зимостойкого растения, биологи занимаются селекцией или прибегают к редактированию генома. Можно ли подобным образом производить какие-то действия с бактериями, чтобы получить культуры с необходимыми свойствами? 

Действительно, многие учёные сейчас пытаются разрабатывать синтетические бактерии. Такая «синтетическая микробиология» использует методы молекулярного клонирования, и основана на высоком, системном уровне понимания нескольких хорошо изученных «модельных» бактерий, например, кишечной или сенной палочек. Вы берёте такую хорошо изученную бактерию и методами генной инженерии убираете из её ДНК часть генов, а взамен вводите интересующие вас гены из других микроорганизмов — в надежде, что бактерия приобретёт какую-то специальную ферментативную, биохимическую или какую угодно другую способность. То есть вы как бы заново создаёте бактерию с необходимыми вам свойствами. Иногда такая работа даёт необходимый результат, но в большинстве случаев идёт со скрипом — выясняется, что хотя мы действительно можем определить и выделить гены, отвечающие за ту или иную функцию, но в нормальном организме, отобранном эволюцией, ни один ген не работает сам по себе, его активность зависит от сотен, а может быть тысяч других генов. Так что практических результатов этого дела пока немного.

Формально первый (и пока единственный) полностью синтетической организм — это микроб, сделанный около десяти лет назад группой Крейга Вентера, того самого, который первым расшифровал геном человека. Он изъял из клетки бактерии содержащуюся в ней генетическую информацию, затем с помощью специальных приборов и экспериментальных ухищрений синтезировал очень длинную последовательность ДНК, которая соответствовала геному другой, родственной бактерии, и ввёл эту синтетически полученную ДНК в клетку бактерии, лишённую собственной ДНК. Получилась вполне живая, способная к делению клетка. Но этот опыт, скорее, демонстрация технических возможностей, научное значение у него небольшое.

Вообще, микробы умеют хорошо делать то, что они умеют, потому что они «оттачивали» свои способности в течение эволюционного процесса, который длился миллиарды лет, и в ходе которого отбирались самые приспособленные организмы. Мы же хотим что-то куда-то засунуть, надеясь, что будет даже лучше, чем в природе. В этом, безусловно, есть изрядная доля нахальства. Я думаю, в конечном счёте мы, скорее всего, придём к комбинации синтетической биологии (это тот подход, который я вам обрисовал выше) с методами искусственной, ускоренной эволюции. Эволюцию ведь можно очень эффективно проводить в пробирках, просто отбирая микробов с желаемыми свойствами.

Anna Ivanova / 123rf.com

Long PHAM / flickr

— Какие основные надежды сегодня возлагаются на микробиологов? Какие результаты их деятельности нам ждать в ближайшее время? 

Я не думаю, что вопрос поставлен правильно. Есть масса прикладных микробиологических лабораторий: медицинских, индустриальных, пищевых. Значение микробов в пищевой промышленности и медицине огромно и у специалистов, работающих там, есть важные и чётко определённые задачи. Но микробиология – это ещё и очень важная фундаментальная биологическая дисциплина. Ведь в некотором смысле, жизнь – это вовсе не люди, звери или растения, жизнь – это бактерии. Микробы отличаются друг от друга очень сильно. Два случайно взятых микроба с точки зрения молекулярной биологии, биохимии, физиологии могут различаться сильнее, чем, например, человек отличается от кукурузы. Поэтому всё многообразие жизни, к которой мы привыкли, по сравнению с многообразием мира микробов очень незначительно. Микробиологи, изучающие разных микробов, изучают совершенно разные формы жизни и всё время обнаруживают совершенно неожиданные вещи. Как и в любой другой фундаментальной науке, в микробиологии огромную роль играет элемент случайности. Так, совсем недавно были обнаружены комплексы генов, с помощью которых бактерии борются с вирусами. Они получили название CRISPR-Cas и сейчас с их помощью учёные разрабатывают методы лечения генных болезней человека. Казалось бы, где бактерии и их вирусы, а где генетические болезни? Тем не менее связь прямая, но ещё 5 лет назад никто об этом не догадывался. Так что делать прогнозы в науке – бессмысленное дело, и именно поэтому она такая интересная и захватывающая.

Фото на обложке статьи: NIAID / flickr

История науки: «зверушки» в капле воды

24 октября 1632 года родился голландский натуралист и создатель первых микроскопов Антони ван Левенгук.

На двух картинах голландского мастера Яна Вермеера — «Географ» и «Астроном» — изображен ученый, возможно, один и тот же. Он погружен в работу, тому способствует и обстановка — кабинет, бумаги, инструменты, карты. Как полагают историки и искусствоведы, моделью и вдохновителем для этих картин мог послужить земляк (оба из Делфта) и ровесник (разница — семь дней) живописца Антони ван Левенгук.

В детстве Левенгука не было ничего, что могло бы указать на выдающегося в будущем ученого. Рано потеряв отца, он учился — сначала в Вармонде, потом в Амстердаме. Поработал в галантерейной лавке, бухгалтером, потом вернулся в Делфт и приобрел собственную лавку. Однако за рамками официальной биографии осталось то, что и сделало Левенгука знаменитым — его хобби.

Еще во время работы в лавке он видел линзы, которыми пользовались суконщики. Вскоре он стал работать над их усовершенствованием, пытаясь усилить линзы и сделать видимое изображение более четким. Для этого он упражнялся в шлифовке крошечных линз, которые вставлял в металлическую оправу, и добился немалых успехов. Сохранившиеся образцы линз имеют увеличение до 275 раз. Возможно, что у Левенгука были и более сильные линзы — до 500-кратного увеличения.

Левенгук не был изобретателем микроскопа (до него похожие устройства создавали и использовали голландцы Ганс и Захарий Янсен, флорентиец Галилео Галилей, чуть позже еще один голландец, Корнелиус Дреббель, и англичанин Роберт Гук), однако степень увеличения и качество изображения микроскопа Левенгука превосходили созданные ранее приборы. До него с помощью микроскопа можно было изучать насекомых, в лучшем случае — разглядеть клеточное строение тканей, а Левенгуку удалось намного большее. Свое главное открытие — существования микроорганизмов — он сделал в 1676 году, рассмотрев под микроскопом каплю воды. «Я посмотрел на эту воду под микроскопом и с большим удивлением увидел в ней огромное количество мельчайших живых существ. Некоторые из них в длину были раза в три-четыре больше, чем в ширину, хотя они и не были толще волосков, покрывающих тело вши… Другие имели правильную овальную форму. Был там и третий тип организмов (наиболее многочисленный) — мельчайшие существа с хвостиками. Животные четвертого типа, шнырявшие между особями трех других, были необыкновенно малы — настолько малы, что, по-видимому, и целая сотня их, выстроенная в ряд, не превысила бы песчинки. Чтобы сравняться с ней, потребовался бы по крайней мере десяток тысяч этих существ».

В поисках «анималькулей» (от лат. animalculum — «зверушка»), как Левенгук называл микроорганизмы, он изучал все, что попадалось под руку: воду из канала, слюну, кровь, дождевые капли, почву и зубной налет. Используя свой микроскоп, Левенгук описал строение костной ткани, сосудов растений, эритроциты, сперматозоиды, инфузорию-туфельку, а с ней и многие другие микроорганизмы. Чуть позже он обнаружил, что при нагревании жидкости находящиеся в ней организмы погибают.

О своих наблюдениях Левенгук рассказывал в письмах: голландскому математику, механику и астроному Христиану Гюйгенсу, уже упомянутому Роберту Гуку, немецкому философу Готфриду Лейбницу, британскому физику и химику Роберту Бойлю. В одном из писем Лейбницу Левенгук писал: «Я никого никогда не учил, потому что, если бы я стал учить одного, мне пришлось бы учить и других… Мне пришлось бы отдать себя в рабство, а я хочу оставаться свободным человеком». На что тот ответил: «Но искусство шлифования линз и наблюдения над открытыми вами маленькими созданиями исчезнут с лица земли, если вы не будете обучать ему молодых людей», — и частично оказался прав. Исследователи не могут сойтись во мнении, каким именно образом Левенгук изготавливал свои линзы. Добиться такого увеличения шлифованием представляется затруднительным. Есть другая версия: Левенгук использовал стеклянные нити, при плавлении которых образуется крошечный шарик. Остаток нити после можно отломить, а создавшуюся плоскость сточить и отшлифовать, что намного проще, чем обрабатывать выпуклую поверхность линзы.

Открытия Левенгука долгое время не находили признания. Чтобы проверить его заявления, Левенгука посетила делегация ученых, которая полностью подтвердила сделанные им открытия. В 1680 году он стал действительным членом Лондонского королевского общества. Оно печатало письма Левенгука, а в 1695 году они были изданы отдельной книгой — «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком при помощи микроскопов». На демонстрации открытий Левенгука собирались множества людей, посещали их и коронованные особы — английская королева и Петр I.

Получены микрофотографии бактерии, вызывающей болезнь Пирса в виноградниках Северной Америки

Болезнь виноградников Северной Америки, уничтожающая виноградную лозу, впервые «сфотографирована» в действии. Электронный микроскоп позволил запечатлеть процесс разрыва клеточной перегородки бактерией Xylella fastidiosa, ответственной за разнос заражения по стеблям растения.

Растения, как и животные, как и люди, болеют. Они так же страдают и от бактериальных, и от вирусных заболеваний, но они лишены возможности жаловаться. Однако эпидемии среди растений легко могут уничтожить урожай и внести значительные изменения в планы работающих на земле людей.

Известный пример – филлоксера, напавшая на виноградники Европы в середине XIX века. В то время болезнь уничтожила почти все виноградники Франции, которая была вынуждена долгое время закупать вино в Испании. Это, в свою очередь, дало большой толчок развитию виноделия на Пиренейском полуострове, хотя отдельные регионы также значительно пострадали. В Малаге, например, филлоксера вообще уничтожила виноделие, а тамошние виноградари перебрались в Северную Америку. Собственно, там их поджидала новая беда — болезнь Пирса, бактериальное заболевание винограда, часто встречающееся в США. При развитии этой болезни зараженные растения погибают в течение 1–3 лет, постепенно замедляясь в развитии, теряя ветви, цветки и завязи. Неудивительно, что палочковидная бактерия, вызывающая эту болезнь, является предметом самых детальных исследований американских ученых.

Техасские ученые смогли проследить «преступную» деятельность бактерии.

С помощью электронного микроскопа получена фотография процесса разрушения клеточной стенки стебля винограда бактерией Xylella fastidiosa, вызывающей болезнь Пирса,

которая является одной из самых серьезных угроз для виноградников США от Техаса до Калифорнии.

Эту работу публикует Botany.

«Изначально нас интересовал процесс движения бактерии, а также то, как паразиты перебираются с одного растения на другое», — объяснил руководитель исследования, специалист по физиологии растений Грег Кобб.

Традиционно считается, что болезнь Пирса переносят цикадки. Однако такая модель переноса объясняет не все случаи заражений. В таком случае удаление зараженных растений с виноградника решало бы проблему заражения, а это не всегда так.

Кобб и его коллеги обнаружили «эффект спички» в переносе болезни. Зараженные растения сбрасывают листья, но стебель, который их соединял в лозу, остается, как бы выступая в роли деревянной части спички, по которой передается, как огонь, заражение. Это происходит по всей длине лозы, вне зависимости от того, в какой ее части насекомое ввело паразита.

Ксилема (древесина) растения состоит из омертвевших клеток и работает лишь как труба, через которую от корней идут вода и минеральные соли.

Паразиты путешествуют по древесине вместе с водой, делая заразными внешне неповрежденные части растения.

close

100%

Несмотря на то, что клетки древесины и клеточные стенки достаточно твердые, бактерии научились проникать через них. Эта способность является ключевой для передачи заражения «эффектом спички». Зарегистрировать преодоление клеточной стенки и передачу заражения удалось методом электронной микроскопии. Бактерии находятся в перепонках пор – тонких границах клеточных стенок (на рисунке показаны стрелками).

Для получения этого изображения использован электронный микроскоп, дающий увеличение в 100 тысяч раз. Снимок сделан в направлении развития клеточной стенки.

Ранее «спичечный» механизм передачи болезни серьезно не рассматривался, так как чаще всего мембрана клеточной стенки блокирует такие крупные частицы, как бактерии, не позволяя им пройти сквозь себя. Однако Xylella fastidiosa оказались весьма агрессивными: на снимке видно, как они прорывают мембрану, чтобы распространиться по растению.

Ученые проводили свой опыт на лозе виноградов шираз и каберне совиньон, потому что они наиболее восприимчивы к болезни Пирса. Выбирались кусты, пораженные болезнью, но еще не умирающие от нее, чтобы можно было условно выделить «больные» и «здоровые» фрагменты.

Исследование показало, что разрыв клеточных стенок нарушает водоснабжение лозы и возникающий дефицит воды вносит свой вклад в гибель растения от болезни, однако не является ее основной причиной. В дальнейшем авторы работы планируют продолжить свои исследования в надежде найти более эффективные способы борьбы с паразитом и продлить жизнь пораженных растений.

Бактерии в фотографиях — фотогалерея бактерий

ГРАМПОЗИТИВНЫЕ БАКТЕРИИ
Стафилококк
Окраска по Граму: грамположительные
Микроскоп: кокки в виноградоподобных гроздьях
Связь кислорода: факультативно анаэробные бактерии
Подвижность: неподвижный
Каталазный тест: каталазоположительные
Тест на оксидазу: отрицательный*
Споры: не образующие спор
* Некоторые виды (отличные от человека изоляты) являются положительными
Стрептококк
Окраска по Граму: грамположительные
Микроскоп: кокки в цепочках (жидкие среды)
или парами
Связь кислорода: факультативно анаэробные бактерии
Подвижность: неподвижный
Каталазный тест: каталазоотрицательные
Тест на оксидазу: отрицательный
Споры: не образующие спор
Энтерококк
Окраска по Граму: грамположительные
Микроскоп: кокки или овоидные кокки парами, гроздьями или короткими цепочками (жидкие среды)
Связь кислорода: факультативно анаэробные бактерии
Подвижность: неподвижные или подвижные
Каталазный тест: каталазоотрицательные
Тест на оксидазу: отрицательный
Споры: не образующие спор
Листерии
Окраска по Граму: грамположительные
Микроскоп: короткие палочки (иногда кокковидной формы), одиночные или в цепочках
Связь кислорода: факультативно анаэробные бактерии
Подвижность: подвижный (при 20-25°C)*; перитрихиальные жгутики
Каталазный тест: каталазоположительные
Тест на оксидазу: отрицательный
Споры: не образующие спор
* оптимальная температура роста 30-37°C
Коринебактерии
Окраска по Граму: грамположительные
Микроскоп: стержни, часто более широкие на одном конце
(форма «булава»), сгруппированные вместе
характерным образом («V», «палисады», «китайские буквы»)
Связь кислорода: факультативно анаэробные бактерии
Подвижность: неподвижный
Каталазный тест: каталазоположительные
Тест на оксидазу: отрицательный
Споры: не образующие спор*
*часто присутствуют метахроматические гранулы.
Бациллы
 
Окраска по Граму: грамположительные
Микроскоп: стержни в цепях
Связь кислорода: аэробные или факультативно анаэробные бактерии
Подвижность: подвижные (перитрихиальные жгутики) или неподвижные (например,г., B.anthracis )
Каталазный тест: каталазоположительные
Тест на оксидазу: отрицательный
Споры: спорообразующие (эндоспоры)
Лактобактерии
Окраска по Граму: грамположительные
Микроскоп: стержни в цепях или частоколах
Связь кислорода: факультативно анаэробные или анаэробные бактерии
Подвижность: неподвижные (большинство из них)
Каталазный тест: отрицательный
Тест на оксидазу: отрицательный
Споры: не образующие спор
Streptomyces
Окраска по Граму: грамположительные
Микроскоп: стержни ; формируют субстрат и воздушный мицелий
Связь кислорода: аэробные бактерии
Подвижность: неподвижный
Каталазный тест: положительный
Тест на оксидазу: отрицательный
Споры: спорообразующий (воздушный мицелий)
Клостридиум
Окраска по Граму: Грамположительные (молодые культуры), часто грамвариабельные
Микроскоп: стержни (парами или цепями)
Связь кислорода: анаэробные бактерии
Подвижность: обычно подвижные (перитрихиальные жгутики)
Каталазный тест: отрицательный
Тест на оксидазу: отрицательный
Споры: спорообразующие (эндоспоры)
ГРАМОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ БАКТЕРИИ
Нейссерия
Окраска по Граму: Грамотрицательные
Микроскоп: диплококки, кокки
Связь кислорода: аэробные бактерии
Подвижность: неподвижный
Каталазный тест: положительный
Тест на оксидазу: положительный
Споры: не образующие спор
Моракселла ( Бранхамелла )
Окраска по Граму: Грамотрицательные
Микроскоп: диплококки, кокки, кокобациллы
Связь кислорода: аэробные бактерии*
Подвижность: неподвижный
Каталазный тест: положительный
Тест на оксидазу: положительный
Споры: не образующие спор
* некоторые факультативно анаэробные
Бордетелла
Окраска по Граму: Грамотрицательные
Микроскоп: мелкие палочки или кокобациллы
Связь кислорода: аэробные бактерии
Подвижность: неподвижные или подвижные
Каталазный тест: положительный
Тест на оксидазу: положительный
Споры: не образующие спор
Гемофильная палочка
Окраска по Граму: Грамотрицательные
Микроскоп: маленькие плеоморфные палочки
Связь кислорода: факультативно анаэробные бактерии
Подвижность: неподвижный
Каталазный тест: переменная
Тест на оксидазу: переменная
Споры: не образующие спор
Псевдомонада
Окраска по Граму: Грамотрицательные
Микроскоп: стержни
Связь кислорода: аэробные бактерии
Подвижность: подвижные (редко неподвижные)
Каталазный тест: положительный
Тест на оксидазу: положительный или отрицательный
Споры: не образующие спор
Enterobacteriaceae
E.палочка , Сальмонелла , Клебсиелла , Энтеробактер , протеус , Серратия , Иерсиния
Окраска по Граму: Грамотрицательные
Микроскоп: стержни
Связь кислорода: факультативно анаэробные бактерии
Подвижность: подвижные (перитрихиальные жгутики) или неподвижные
Каталазный тест: положительный
Тест на оксидазу: отрицательный (за исключением Plesiomonas spp.)
Споры: не образующие спор
КИСЛОТОСТОЙКИЕ БАКТЕРИИ
Микобактерии
Окраска по Граму: — (кислотоустойчивые)
Микроскоп: стержни ; иногда кокобациллы или нити
Связь кислорода: аэробы
Подвижность: неподвижный
Каталазный тест: положительный
Тест на оксидазу: отрицательный
Споры: не образующие спор
НЕГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ/ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ
Боррелия
Окраска по Граму: Не классифицируется как грамположительный или грамотрицательный
(клетки слабо окрашиваются грамотрицательными)
Микроскоп: Спирохеты
Связь кислорода: микроаэробный
Подвижность: подвижный
Каталазный тест:
Тест на оксидазу:
Споры: не образующие спор

На изображении под микроскопом показаны бумажные работы, а не снег

Сын трансформирует дом, чтобы вернуть маму в прошлое

Джейсон ван Гендерен из Австралии построил для своей мамы виртуальный аквариум.Это было место, куда они ходили до того, как у нее диагностировали болезнь Альцгеймера.

Человечество, США СЕГОДНЯ

Утверждение: изображение показывает, как выглядит снег под микроскопом

Как выглядит снег вблизи? Изображение, опубликованное на Facebook, утверждает, что показывает именно это.

«Снег под микроскопом», — говорится в сообщении от 29 июля.

Пост набрал около 2000 взаимодействий за первую неделю. Один комментатор написал: «Абсолютно красиво!»

Проверка фактов: Вирусное фото показывает Черную трещину в Юте, а не разлом Сан-Андреас

Заявление было распространено на других платформах социальных сетей с аналогичной подписью, а также поделились на других языках.Но изображение на самом деле показывает часть произведения искусства и не имеет ничего общего со снежными кристаллами.

США СЕГОДНЯ обратились к пользователю, который сделал сообщение для комментария.

На изображении изображена бумажная скульптура

Фотография взята из произведения искусства под названием «Вариант магического круга 5» художника Рогана Брауна. По данным AFP, это часть серии, которая началась, когда Браун сотрудничал с британскими учеными, работавшими над проектом микробиома человека.

«Художественное произведение принадлежит мне. Это бумажная скульптура, сделанная из слоев бумаги, вырезанной лазером и смонтированной вручную», — сообщил Браун USA TODAY по электронной почте.«Это не снежинки под микроскопом, а попытка визуализировать разнообразную бактериальную колонию».

Изображение является представлением микробиома, большой колонии бактерий, которые живут в человеческом теле и на нем. Ничего похожего на частицы снега.

Браун, опубликовавший рисунок на своем веб-сайте, сказал, что его работа пытается «найти доступные визуальные метафоры для таких явлений, как бактерии, которые чрезвычайно трудно понять из-за их крошечного размера и огромного количества».

Он сказал, что цель состоит в том, чтобы «создать положительное представление о бактериях, ассоциируя их с чем-то красивым».

Проверка фактов: Нет, кофе без кофеина делается не из грязи Согласно нашим исследованиям, изображение, показывающее, как выглядит снег под микроскопом, НЕВЕРНО. На фотографии показана бумажная скульптура, которая является частью серии работ Брауна.

Наши источники для проверки фактов:

  • AFP, Jan .20. Это изображение было изменено из произведения искусства — на нем не показан «снег под микроскопом». 29, Fast Facts About The Human Microbiome
  • MEDinART, по состоянию на 30 июля, Rogan Brown
  • Rogan Brown, 30 июля, обмен электронной почтой с USA TODAY

Окрашивание по Граму.


Научная библиотека изображений

Окраска по Граму

1.Кристаллический фиолетовый, основной краситель при окрашивании по Граму; 2. Промывание между этапами окраски по Граму; 3. Нанесение йодной протравы при окраске по Граму; 4 и 5. Окрашивание по Граму, сафанин.

Окрашивание по Граму правые круги слайда и неизвестные бактерии в центре.

Грамположительные бактерии под микроскопом  

(Нажмите на изображение, чтобы увеличить его)

1 и 2. Окраска по Граму Staphylococcus , TM 1000x; 3. Окраска по Граму Staphylococcus , Грам+ при 1000xTM+; Образец Gram+ при увеличении 100xTM; Образец Gram+ при увеличении 400xTM.
1 и 2. Окраска по Граму E. coli , Грам[email protected] 1000xTM; 3. Окраска по Граму образца грамотрицательных бактерий при 1000xTM+.

Смешанные грамположительные и грамотрицательные бактерии под микроскопом   (Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.)

и  E. coli , (грам-розовые палочки) @ 1000xTM

Не нашли то, что вам нужно?

Поиск SPO для фото

9178


Как подготовить бактериальное мазок для Gram Staining

Библиотека изображений микробиологии — крупнейшая коллекция фото на сайте SPO. Чтобы вам было легче найти то, что вы ищете, выберите ссылку «Подробнее» в подразделе ниже, который соответствует вашим интересам, или используйте поля поиска.
Библиотека научных изображений SPO – это постоянно растущая коллекция научных фотографий, защищенных авторским правом. Если вы используете одно из наших бесплатных изображений с низким разрешением, мы просто просим вас дать нам кредит и предоставить ссылку на веб-сайт SPO  (scienceprofonline.com). Нажмите на фото, чтобы увеличить. Чтобы сохранить фотографию на свой компьютер, щелкните ее правой кнопкой мыши и выберите «Сохранить».

Дополнительные материалы по окрашиванию по Граму

  • Окрашивание по Граму. Учебное пособие небольшого размера. Это очень полезное учебное пособие, в котором шаг за шагом показана процедура окрашивания по Граму и внешний вид бактериальных клеток Грам+ и Грам-.

Фотошаблоны для дифференциальных пятен

уже доступны!

НАУЧНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

с бесплатного STEM

образовательного сайта

У вас есть бесплатный доступ к большой коллекции материалов, используемых в колледже. Виртуальный класс микробиологии предоставляет широкий спектр бесплатных образовательных ресурсов, включая лекции в PowerPoint, учебные пособия, контрольные вопросы и практические тестовые вопросы.

Веб-сайт SPO лучше всего просматривать в Microsoft Explorer , Google Chrome или Apple Safari .

Грамотрицательные бактерии под микроскопом  

(Нажмите на изображение, чтобы увеличить его)

фотографии в библиотеке научных изображений.Следите за нами на  Facebook , чтобы получать обновления о новых функциях и продуктах SPO. Если вам нужна фотография в высоком разрешении сейчас, пожалуйста, свяжитесь с нами .


SPO — это БЕСПЛАТНЫЙ научно-образовательный веб-сайт. Пожертвования являются ключевым фактором, помогающим нам предоставлять этому ресурсу меньше рекламы.

Пожалуйста, помогите!

(Эта ссылка для пожертвований использует PayPal на безопасном соединении.)

Наслаждайтесь крупными деталями крошечных вещей с помощью этих отмеченных призами изображений | Умные новости

Целый мир существует за пределами того, что можно увидеть невооруженным глазом: нейронные сети извиваются по всему телу, вирусы и бактерии извиваются на столешницах, чешуя образует аккуратные ряды на крыльях бабочек.Этот фантастический мир раскрывается каждый год в рамках фотоконкурса Nikon Small World Photography Competition. И победители этого года не разочаровывают.

Конкурс проводится уже 43 года, и на него принимаются работы, демонстрирующие «красоту и сложность жизни, увиденные через световой микроскоп», говорится на его веб-сайте. Жюри, в которое вошли научные исследователи и научные коммуникаторы, выбрало победившие в этом году изображения из более чем 2000 работ из 88 стран мира.Призрачное свечение солитера освещает одно изображение, пушок плесени появляется из помидора на другом. Но главный приз конкурса этого года — проволочная сеть кератина в клетке кожи.

Фотограф-победитель Брам ван ден Брук проводит большую часть своего времени, глядя на мир, находящийся вне поля зрения, в качестве исследователя в Нидерландском институте рака. Он сделал получившее приз изображение, изучая, как нити кератина — белка, содержащегося в человеческой коже, волосах, ногтях и т. д., — со временем изменяются в клетках кожи.Чтобы визуализировать кератин, он помечает его флуоресцентной меткой, заставляя его светиться. На изображении-победителе запечатлена одна конкретная клетка, которая привлекла внимание ван ден Брука, демонстрируя чрезмерное количество белка, который ярко и ярко выделяется на фоне темноты окружающих клеток.

Для ван ден Брук тщательное изучение сложной проводки в клетках кожи – это больше, чем просто получение привлекательных изображений. Скорее, это действительно может помочь диагностировать и лечить рак кожи до того, как он станет смертельным.«Картины экспрессии кератина в опухолевых клетках кожи часто ненормальны, поэтому он широко используется в качестве онкомаркера в диагностике рака», — говорится в заявлении ван ден Брука. «Изучая, как различные белки, такие как кератин, динамически изменяются внутри клетки, мы можем лучше понять прогрессирование рака и других заболеваний».

Другие изображения-победители этого года не менее очаровательны. На изображении Хави Сарфати, занявшем второе место, из цветущей головки травы торчат шипы и волокна.Ветеринарный офтальмолог, Сарфати заинтересовался микрофотографией во время проведения операций под микроскопом. Изображение-победитель показывает то, что мы можем видеть каждый день, в совершенно новом свете.

Изображение, занявшее третье место, демонстрирует зрелую колонию водорослей вольвокс, тип крошечной зелени, которая обычно растет в пресной воде. Шаровидная колония замерзает в середине разрыва, выпуская в мир свои ярко окрашенные дочерние колонии для размножения. Фотограф, сделавший это изображение, Жан-Марк Бабалян, фотографирует микроскопический мир уже три десятилетия.Он руководитель производства французской компании по производству строительных материалов.

Окунитесь в микроскопический мир, просмотрев остальные изображения на веб-сайте конкурса. И, возможно, в следующем году вы тоже сможете присоединиться к веселью в поисках того, что находится за пределами того, что видят ваши глаза.

Искусство встречается с наукой Биология Ошибки Медицина микробы, бактерии, вирусы Микрография Фотография

Рекомендуемые видео

Обнародование коронавируса: микроскопические изображения SARS-CoV-2

В феврале, когда новый коронавирус пронесся по Китаю и закрыл целые города, ученый по имени Сай Ли решил нарисовать его портрет.

В то время лучшие снимки, которые кому-либо удавалось сделать, были изображениями с низким разрешением, на которых вирус выглядел как едва различимое пятно.

Доктор Ли, структурный биолог из Университета Цинхуа в Пекине, объединила усилия с вирусологами, которые выращивали вирус в лаборатории биобезопасности в городе Ханчжоу. Эти исследователи облили вирусы химическими веществами, чтобы обезвредить их, а затем отправили их доктору Ли.

Затем доктор Ли и его коллеги сконцентрировали содержащую вирус жидкость с литра до одной капли.Он мог только надеяться, что они сделали все правильно, так что недели работы над этой каплей не были напрасными.

«В то время вы не знаете, что внутри», — сказал доктор Ли. — Это просто жидкость, да?

Взгляд на структуру

Доктор Ли осторожно заморозил каплю за долю секунды. Если бы он сделал малейшую ошибку, кристаллы льда могли бы проткнуть вирусы, разорвав их на части.

Надеясь на лучшее, доктор Ли поместил кусочек льда в криоэлектронный микроскоп.Устройство выпустило пучки электронов на образец. Когда они отскакивали от атомов внутри, компьютер доктора Ли реконструировал то, что видел микроскоп. Когда картина сложилась, он был ошеломлен.

«Я увидел экран, полный вирусов, — вспоминает доктор Ли.

Изображение вирусов SARS-CoV-2 с помощью криоэлектронной томографии, выделенное серым цветом, с компьютерной реконструкцией одного вируса. Сай Ли, Школа наук о жизни Университета Цинхуа.

Он мог видеть тысячи коронавирусов, упакованных во льду, как мармеладки в банке.Они были прекрасно целы, что позволяло ему детально изучить вирусы размером менее миллионной доли дюйма.

«Я думал, что был первым парнем в мире, увидевшим вирус в таком хорошем разрешении», — вспоминает доктор Ли.

В течение следующих недель доктор Ли и его коллеги корпели над вирусами. Они изучили белки, усеивающие его поверхность, и нырнули в его сердцевину, где цепочка генов вируса была свернута белками. Картины напомнили Dr.Ли яиц в гнезде.

Компьютерная реконструкция, наложенная на изображение нескольких вирусов SARS-CoV-2. Сай Ли, Школа естественных наук Университета Цинхуа.

Благодаря работе таких ученых, как доктор Ли, новый коронавирус, известный как SARS-CoV-2, больше не является шифром. Они познали его в интимных, элементарных подробностях. Они обнаружили, как он использует некоторые из своих белков, чтобы проникнуть в клетки, и как его тесно переплетенные гены управляют нашей биохимией.Они наблюдали, как некоторые вирусные белки бросают ключи в наши клеточные фабрики, в то время как другие строят рассадники для производства новых вирусов. И некоторые исследователи используют суперкомпьютеры для создания полных виртуальных вирусов, которые они надеются использовать, чтобы понять, как настоящие вирусы распространяются с такой разрушительной легкостью.

«Это время не похоже ни на что, с чем сталкивался любой из нас, просто с точки зрения бомбардировки данных», — сказал Ромми Амаро, вычислительный биолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Зондирование шипа

Ранее в этом году доктор Амаро и другие исследователи уделили большое внимание белкам, называемым шипами, которые усеивают поверхность вируса. Спайковые белки выполняют важную работу: они прикрепляются к клеткам в наших дыхательных путях, чтобы вирус мог проникнуть внутрь. Но вскоре стало ясно, что это имя неправильное. Белок шипа не острый, узкий или жесткий.

Каждый шиповидный белок сцепляется с двумя другими, образуя структуру, имеющую форму тюльпана.Длинный стебель прикрепляет белки к вирусу, а их верхушка выглядит как цветок, состоящий из трех частей.

Герхард Хаммер, вычислительный биофизик из Института биофизики Макса Планка, и его коллеги использовали метод замороженной микроскопии, чтобы сфотографировать спайковые белки, встроенные в мембрану вируса. Затем они рассчитали, как атомы в белках толкаются и притягиваются друг к другу. В результате получился молекулярный танец: шиповидные белки вращаются на трех шарнирах.

Моделирование четырех белков-шипов, каждый из которых сгибается на трех шарнирах.Серен фон Бюлов, Матеуш Сикора и Герхард Хаммер, Институт биофизики Макса Планка

«Вы можете видеть, как эти цветы качаются под разными углами», — сказал доктор Хаммер. «Удивительно иметь такой длинный, тонкий стебель с такой гибкостью».

Сахарный щит

Доктор Хаммер предположил, что гибкость шипа была важна для успеха вируса. Смещаясь вокруг, шип увеличивает свои шансы встретить белок на поверхности наших клеток, который он использует для прикрепления.

Однако по мере того, как они перемещаются, шипы могут быть атакованы антителами, мощными солдатами нашей иммунной системы. Чтобы спрятаться, они создают щит из сахара. Молекулы сахара синего цвета внизу кружатся вокруг белков и скрывают их от антител.

Спайковый белок слева и защитное покрытие из сахаров справа. Лоренцо Казалино и Зиед Гайеб, Amaro Lab, UC. Сан Диего.

Небольшой крючок на конце белка шипа, выделенный голубым цветом внизу, иногда поднимается над сахарным щитком.Если он сталкивается с определенным белком на поверхности наших клеток, он запускает ряд реакций, которые позволяют вирусу сливаться с клеточной мембраной и внедрять свои гены.

Прикрепление к рецептору ACE2, выделенному желтым цветом, позволяет коронавирусу проникать в клетки человека. Лоренцо Казалино, Amaro Lab, UC. Сан Диего.

Запутанные петли

Гены нового коронавируса расположены на молекулярной цепи, называемой РНК.10 января китайские исследователи опубликовали последовательность из 30 000 букв. Этот генетический текст хранит информацию, необходимую клетке для производства белков вируса.

Но геном — это больше, чем поваренная книга. Прядь скручивается в дьявольски сложный клубок. И этот клубок имеет решающее значение для эксплуатации вирусом наших клеток. «У вас гораздо больше информации, хранящейся в том, как она сформирована», — сказала Сильви Рускин, структурный биолог из Института Уайтхеда.

Доктор Рускин возглавил группу ученых, которые нанесли на карту эту форму.В лаборатории строгого режима в Бостонском университете ее коллеги заразили человеческие клетки вирусами и дали им время для создания тысяч новых нитей РНК. Пометив генетические буквы на нитях химическими веществами, доктор Роускин и ее коллеги смогли определить, как нить складывается сама по себе.

Небольшая часть генома коронавируса, показывающая, как он складывается в петли. Tammy C. T. Lan et al., bioRxiv

В некоторых местах он образовывал лишь короткие боковые петли.В других местах сотни букв РНК раздулись в большие кольца, с петлями, которые отрывались от них, и от них отходили новые петли. Сравнивая миллионы вирусных геномов, доктор Рускин и ее коллеги обнаружили места, где вирус переходит из одной формы в другую.

В настоящее время ряд исследователей внимательно изучают некоторые из этих регионов, чтобы выяснить, что они делают. Их исследования показывают, что эти узлы позволяют вирусу контролировать наши рибосомы, крошечные клеточные фабрики, которые выкачивают белки.

После того, как вирус проникает в человеческую клетку, наши рибосомы прикрепляются к нитям его РНК и скользят по ним, как автомобиль на американских горках по рельсам. Когда рибосомы проходят через генетические буквы, они строят белки с соответствующей структурой. Ученые подозревают, что петли РНК могут сбить автомобиль с американских горок с рельсов, а затем направить его в точку, находящуюся за тысячи позиций.

Другие петли заставляют рибосому немного двигаться назад, а затем снова двигаться вперед.Этот небольшой сбой может привести к тому, что вирус будет производить совершенно разные белки из одного и того же участка РНК.

Заклинивание машин

Вирусные белки, выделяющиеся из наших рибосом, расходятся по клетке веером, выполняя различные задачи. Один из них, Nsp1, помогает захватить контроль над нашим молекулярным механизмом.

Джозеф Пуглиси, структурный биолог из Стэнфорда, и его коллеги смешали белки Nsp1 и рибосомы в пробирках. Они обнаружили, что белки, выделенные розовым цветом внизу, аккуратно проникли в каналы внутри рибосом, где обычно помещалась РНК.

Рибосома с РНК, выделена синим цветом, и с Nsp1, выделена розовым. Кристофер Лапойнт, Медицинская школа Стэнфордского университета. Модели рибосом Анжелиты Симонетти и др., Cell Reports и Матиаса Томса и др., Наука

Доктор Пуглиси подозревает, что Nsp1 не дает нашим клеткам вырабатывать собственные белки, особенно антивирусные белки, которые могут уничтожить вирус. Но это поднимает вопрос о том, как вирус производит свои собственные белки.

Одна из возможностей заключается в том, что «каким-то образом вирус просто усиливает свою способность производить белок», — сказал доктор Пуглиси. Время от времени Nsp1 выпадает из рибосом, и каким-то образом вирус лучше справляется с этой кратковременной возможностью. «Мы надеялись, что это будет что-то простое», — сказал он. «Но, как обычно в науке, это не так».

Капли и капли

Пока Nsp1 манипулирует рибосомами, другие вирусные белки заняты созданием новых вирусов.Полдюжины различных белков объединяются, чтобы создать новые копии вирусной РНК. Но по пути происходит нечто удивительное: вместе белки и РНК спонтанно превращаются в каплю, похожую на каплю в лавовой лампе.

Физикам давно известно, что молекулы в жидкости спонтанно образуют капли, если для этого существуют подходящие условия. «Это всего лишь заправка для салата», — сказала Эми Гладфелтер, клеточный биолог из Университета Северной Каролины.

Пара капель, состоящих из белков и РНК, сливаются воедино.Кристин Роден и Эми Гладфелтер, Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл

Но только в последние годы биологи обнаружили, что наши клетки регулярно производят капли для своих целей. Они могут объединять определенные молекулы в высоких концентрациях для проведения специальных реакций, блокируя другие молекулы, которые не могут попасть в капли.

Ричард Янг, биолог из Института Уайтхеда, и его коллеги смешали белки SARS-CoV-2, которые вместе с молекулами РНК строят новую РНК.Когда молекулы собираются, они спонтанно образуют капли. Вирус, вероятно, получает те же преимущества, что и клетка, от этой стратегии.

Микроскопическое изображение капель, образованных белками SARS-CoV-2 и РНК. Элиот Коффи и Ричард Янг, Институт биомедицинских исследований Уайтхеда.

Учитывая изощренность коронавируса во многих других отношениях, доктор Янг не был удивлен своим открытием. «Почему бы вирусам не использовать свойство материи?» он сказал.

Поры и туннели

Коронавирусы могут уговорить человеческие клетки сформировать новые камеры для размещения их генетического материала. Но когда Монтсеррат Барсена, микроскопист из Медицинского центра Лейденского университета в Нидерландах, осмотрела эти камеры, она была сбита с толку: казалось, что в мембранах нет отверстий, через которые РНК не могла бы проникнуть или выйти.

Недавно доктор Барсена и ее коллеги присмотрелись повнимательнее и обнаружили выход. Один из белков коронавируса, называемый Nsp3, сворачивается в туннель, который затем подключается к мембранам.

Новые нити РНК коронавируса, выделенные зеленым цветом, накапливаются внутри камер, созданных вирусом. Камеры усеяны небольшими вирусными белками, выделенными красным, которые могут быть путями отхода для РНК. Монтсеррат Барсена, Медицинский центр Лейденского университета.

«Это путь отхода от коронавируса», — сказал доктор Барсена. «У нас была эта загадка, и теперь у нас есть ответ».

Сборка новых вирусов

За считанные часы инфицированная клетка может создать тысячи новых вирусных геномов.Рибосомы клетки считывают их гены, извергая еще больше вирусных белков. В конце концов, некоторые из этих белков и новых геномов собираются, чтобы создавать новые вирусы.

Это непростая задача, потому что цепь генов коронавируса в сто раз длиннее самого вируса.

Недавние эксперименты показывают, что SARS-CoV-2 снова использует физику лавовой лампы в своих интересах. Белки, называемые нуклеокапсидами, приклеиваются к точкам по всей длине нити РНК.Вместе молекулы быстро распадаются на капли.

Новые коронавирусы, выделенные розовым цветом, образуются внутри клеточных пузырьков. Steffen Klein et al., bioRxiv

Доктор Гладфелтер предположил, что эта стратегия предотвратила спутывание двух нитей генов друг с другом. В результате каждый новый вирус имеет только один набор генов.

Эти капельки поглощаются вирусными мембранами и шиповидными белками, и новые вирусы готовы покинуть клетку.Чтобы смоделировать эти вирусы до каждого атома, доктор Амаро собирает новые изображения белков и РНК SARS-CoV-2. Затем она и ее коллеги создают виртуальные вирусы на суперкомпьютерах, каждый из которых состоит из полумиллиарда атомов. Затем эти машины могут использовать законы физики для имитации танца вирусов каждую фемтосекунду: другими словами, миллионную от миллиардной доли секунды.

Доктор Амаро и ее коллеги надеются использовать ее смоделированные вирусы для решения одного из самых спорных вопросов о Covid-19: как вирус распространяется от человека к человеку.

Когда инфицированные люди выдыхают, разговаривают или кашляют, они выделяют крошечные капли воды, содержащие вирусы. Неясно, как долго SARS-CoV-2 может выживать в этих каплях. Доктор Амаро планирует построить эти капли, вплоть до отдельных молекул воды, на своем компьютере. Потом она добавит вирусы и посмотрит, что с ними будет.

Видеотур по смоделированному коронавирусу, основанный на новых исследованиях его поверхностных белков. Лоренцо Казалино и Эбигейл Доммер, Amaro Lab, U.К. Сан-Диего

«Я вполне уверена, что, вероятно, в течение года мы сможем получить весь вирус, включая все его частички внутри», — сказала она.

Лекарства и вакцины

Однако новые снимки SARS-CoV-2 уже стали необходимыми для борьбы с пандемией. Разработчики вакцин изучают структуру вируса, чтобы убедиться, что антитела, вырабатываемые вакцинами, плотно прилегают к вирусу. Разработчики лекарств придумывают молекулы, которые разрушают вирус, проникая в закоулки белков и блокируя их механизмы.

Молекула лекарства, выделенная синим цветом, блокирует кончик шипа коронавируса. Ян Хейдон, Институт белкового дизайна.

Геном вируса может предложить другие цели. Лекарства могут блокировать петли и клубки, чтобы вирус не контролировал наши рибосомы. «Очень важно, чтобы вы знали, что представляет собой форма, чтобы вы могли разработать правильный химический процесс для связывания с этой формой», — сказал доктор Рускин.

Др.Тем временем Гладфелтер хочет посмотреть, может ли физика вирусных капель предложить новую линию атаки против SARS-CoV-2.

«Вы можете получить соединение, которое сделает их более липкими, сделает их более желеобразными», — сказала она. «Наверное, здесь много ахиллесовых пят».

Будущие исследования

Хотя за последние несколько месяцев был получен поток данных о вирусе, некоторые исследования ясно показали, что потребуются годы, чтобы разобраться в SARS-CoV-2.

Ноам Штерн-Гиноссар и ее коллеги из Института Вейцмана в Израиле, например, нашли доказательства того, что вирус производит белки, которые ученым еще предстоит найти.

Доктор Стерн-Гиноссар и ее коллеги изучили РНК вируса в инфицированных клетках, подсчитав все рибосомы, которые ее считывали. Некоторые рибосомы сгруппированы вдоль известных генов. Но другие считывали гены, которые раньше никогда не обнаруживались.

Например, рибосомы иногда считывают только участок гена шиповидного белка. Предположительно, они создают мини-всплеск, который вполне может выполнять какую-то важную работу для вируса. Препарат, который отключает его, может вылечить Covid-19.

Но ученые не могут даже предположить об этих возможностях, потому что никто еще не заметил мини-шип в дикой природе. И то же самое будет верно и для других новых генов, как обнаружила команда доктора Штерн-Гиноссар.

«Каждому из них потребуется дополнительная работа, чтобы понять, что они делают», — сказала она. «Биология требует времени».

Продюсер Джонатан Корум.

Исправление: в более ранней версии этой истории было неправильно написано имя ученого. Она Монсеррат Барсена, а не Монстеррат.

Окрашивание по Граму


Создано Monica Z. Bruckner

Что такое окрашивание по Граму?

Окрашивание по Граму является распространенным методом, используемым для дифференциации двух больших групп бактерий на основе различных компонентов их клеточной стенки. Процедура окрашивания по Граму различает грамположительные и грамотрицательные группы, окрашивая эти клетки в красный или фиолетовый цвет. Грамположительные бактерии окрашиваются в фиолетовый цвет из-за наличия толстого слоя пептидогликана в их клеточных стенках, который сохраняет кристаллический фиолетовый цвет, которым окрашиваются эти клетки.В качестве альтернативы грамотрицательные бактерии окрашиваются в красный цвет, что связано с более тонкой стенкой пептидогликана, которая не сохраняет кристаллический фиолетовый во время процесса обесцвечивания.

Как работает окрашивание по Граму?

Окрашивание по Граму включает три процесса: окрашивание водорастворимым красителем, называемым кристаллическим фиолетовым, обесцвечивание и контрастное окрашивание, обычно сафанином. Из-за различий в толщине слоя пептидогликана в клеточной мембране между грамположительными и грамотрицательными бактериями грамположительные бактерии (с более толстым слоем пептидогликана) сохраняют окрашивание кристаллическим фиолетовым в процессе обесцвечивания, в то время как грамотрицательные бактерии теряют окрашивание кристаллическим фиолетовым. и вместо этого окрашиваются сафранином в процессе окончательного окрашивания.Процесс включает три этапа:

  1. Клетки окрашены кристаллическим фиолетовым. Затем добавляют раствор йода Грама (йод и йодид калия) для образования комплекса между кристаллическим фиолетовым и йодом. Этот комплекс представляет собой более крупную молекулу, чем исходный краситель кристаллический фиолетовый и йод, и нерастворим в воде.
  2. В образец добавляют обесцвечивающий агент, такой как этиловый спирт или ацетон, который обезвоживает слой пептидогликана, сжимая и стягивая его. Крупный комплекс кристаллического фиолетового с йодом не способен проникать через этот уплотненный слой пептидогликана и, таким образом, задерживается в клетке у грамположительных бактерий.И наоборот, внешняя мембрана грамотрицательных бактерий деградирует, и более тонкий пептидогликановый слой грамотрицательных клеток не может удерживать комплекс кристаллический фиолетовый-йод, и цвет теряется.
  3. К образцу добавляется контрастный краситель, такой как слаборастворимый в воде сафранин, окрашивающий его в красный цвет. Поскольку сафранин светлее кристаллического фиолетового, он не нарушает пурпурную окраску грамположительных клеток. Однако обесцвеченные грамотрицательные клетки окрашиваются в красный цвет.

Протокол окрашивания и рекомендации:

Реагенты:

  • Кристаллический фиолетовый (основной краситель)
  • Раствор йода/Йод Грама (протрава, фиксирующая кристаллический фиолетовый на клеточной стенке)
  • Средство для обесцвечивания (например, этанол)
  • Сафранин (вторичное окрашивание)
  • Вода (желательно в пульверизаторе)
  1. Приготовьте предметное стекло с образцом клеток для окрашивания. Нагрейте образец на предметном стекле, осторожно пропуская предметное стекло с каплей или небольшим кусочком образца через горелку Бунзена три раза.
  2. Добавьте основной краситель (кристаллический фиолетовый) к образцу/препарату и инкубируйте в течение 1 минуты. Промойте предметное стекло слабой струей воды в течение максимум 5 секунд, чтобы удалить несвязанный кристаллический фиолетовый.
  3. Добавить йод Грама на 1 минуту — это протрава или вещество, которое фиксирует кристаллический фиолетовый на стенке бактериальной клетки.
  4. Промойте образец/препарат ацетоном или спиртом в течение ~3 секунд, а промойте слабой струей воды . Спирт обесцвечивает образец, если он грамотрицательный, удаляя кристаллический фиолетовый.Однако , если спирт остается в образце слишком долго, он также может обесцвечивать грамположительные клетки .
  5. Добавьте на предметное стекло вторичный краситель сафранин и инкубируйте в течение 1 минуты. Промойте слабой струей воды не более 5 секунд. Если бактерия является грамположительной, она сохранит первичную окраску (кристаллический фиолетовый) и не примет вторичную окраску (сафранин), в результате чего под микроскопом она будет выглядеть фиолетово-пурпурной. Если бактерия является грамотрицательной, она потеряет первичную окраску и приобретет вторичную окраску, в результате чего она станет красной при просмотре под микроскопом.

Литература

Ссылки по теме

Преподавательская деятельность

 


 

Как выглядит сыпь, вызванная MRSA

ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРЕДОСТАВЛЕНЫ:

(1)    Фотография предоставлена ​​CDC
(2)    Dr. Kenneth Greer/Visuals Unlimited
(3)    SIU/Visuals Unlimited, Scott Camazine/Phototake 49013 Dr. P. Marazzi/Photo Researchers Inc
(5)    Scott Camazine/Photo Researchers Inc
(6)    Photo Alto/Eric Audras
(7)    Christopher Furlong/Getty Images
(8)    Библиотека изображений Pulse/Phototake
(9) Odilon Dimier/PhotoAlto
(10) Robert Llewellyn/Workbook Stock
(11)  Cappi Thompson/Flickr
(12) Hank Morgan/Photo Researchers Inc
(13)  Medicimage
(14)  Steve Pomberg / WebMD
(15) 0Stock (16) DAJ, Thinkstock

ССЫЛКИ:

49-я Межнаучная конференция по антимикробным агентам и химиотерапии, Сан-Франциско, сентябрь.12-15, 2009.

Веб-сайт Американской академии дерматологии.

Американская академия семейных врачей.

Андреас Синг, доктор медицинских наук, Баварское управление по безопасности пищевых продуктов и здоровья, Германия.

Capriotti, T. Dermatology Nursing , 26 января 2004 г.

Веб-сайт Центров по контролю и профилактике заболеваний.

FDA, FDA одобрило Dalvance для лечения кожных инфекций

Durata Therapeutics: FDA одобрило Dalvance от Durata Therapeutics для лечения острого бактериального поражения кожи и структуры кожи (ABSSSI), вызванного чувствительными грамположительными бактериями, включая MRSA, у пациентов с MRSA.

Джонсон, Л. Infections in Medicine , 2005.

Kansas Journal of Medicine , 2008.

Kisgen, JJ, American Journal of Health System Pharmacy, April 2014. Департамент микробиологии и исследования инфекционных заболеваний, Система здравоохранения Университета Нортшор, Эванстон, Иллинойс,

Лю, К. Клинические инфекционные заболевания, , январь 2011 г.

Мэрилин Робертс, доктор философии, факультет наук об окружающей среде и гигиене труда, Вашингтонский университет Школа общественного здравоохранения и общественной медицины, Сиэтл.

The Medicines Company: ORBACTIV™ (оритаванцин) для инъекций

Справочник Medscape

Веб-сайт Национального института аллергии и инфекционных заболеваний.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.