Informations

3 : Microscope et Cellule - Biologie

3 : Microscope et Cellule - Biologie



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Au cours des derniers siècles, nous avons appris à manipuler la lumière pour scruter des mondes auparavant invisibles, ceux qui sont trop petits ou trop éloignés pour être vus à l'œil nu. Grâce à un microscope, nous pouvons examiner les cellules et les colonies microbiennes, en utilisant diverses techniques pour manipuler la couleur, la taille et le contraste de manière à nous aider à identifier les espèces et à diagnostiquer les maladies. Ce chapitre explore comment divers types de microscopes manipulent la lumière afin d'ouvrir une fenêtre sur le monde des micro-organismes. En comprenant le fonctionnement de divers types de microscopes, nous pouvons produire des images très détaillées de microbes qui peuvent être utiles à la fois pour la recherche et les applications cliniques.

  • 3.1 : Comment fonctionnent les microscopes
    La lumière visible est constituée d'ondes électromagnétiques qui se comportent comme les autres ondes. Par conséquent, bon nombre des propriétés de la lumière pertinentes pour la microscopie peuvent être comprises en termes de comportement de la lumière en tant qu'onde. Une propriété importante des ondes lumineuses est la longueur d'onde, ou la distance entre un pic d'une onde et le pic suivant. La hauteur de chaque pic (ou profondeur de chaque creux) est appelée amplitude.
  • 3.2 : Coloration des échantillons microscopiques et descriptions
    À l'état naturel, la plupart des cellules et des micro-organismes que nous observons au microscope manquent de couleur et de contraste. Cela rend difficile, voire impossible, de détecter des structures cellulaires importantes et leurs caractéristiques distinctives sans traiter artificiellement les spécimens. Ici, nous nous concentrerons sur les techniques les plus pertinentes sur le plan clinique développées pour identifier des microbes spécifiques, des structures cellulaires, des séquences d'ADN ou des indicateurs d'infection dans des échantillons de tissus, au microscope.
  • 3.3 : Les cellules en tant qu'êtres vivants
    La théorie de la génération spontanée affirme que la vie est née de la matière non vivante. C'était une croyance de longue date remontant à Aristote et aux anciens Grecs. L'expérimentation de Francesco Redi au 17ème siècle a présenté la première preuve significative réfutant la génération spontanée en montrant que les mouches doivent avoir accès à la viande pour que les asticots se développent sur la viande. Louis Pasteur est crédité d'avoir réfuté de manière concluante la théorie et a proposé que «la vie ne vient que de la vie».

Vignette : Un microscope composé dans un laboratoire de biologie. (CC-BY-SA 4.0; Acagastya).


De nombreux organismes (bactéries) et parties d'organismes (cellules) que les biologistes étudient sont trop petits pour être vus à l'œil nu. Nous utilisons microscopes pour agrandir des spécimens pour notre enquête. Le mot microscope signifie « voir petit » et le premier microscope primitif a été créé en 1595.

Il existe plusieurs types de microscopes mais vous utiliserez principalement un microscope optique composé. Ce type de microscope utilise la lumière visible focalisée à travers deux lentilles, l'oculaire et l'objectif, pour visualiser un petit spécimen. Seules les cellules suffisamment minces pour laisser passer la lumière seront visibles au microscope optique dans une image bidimensionnelle.

Un autre microscope que vous utiliserez en laboratoire est un stéréoscopique ou un microscope à dissection. Ce type de microscope utilise la lumière visible pour voir des spécimens plus épais et plus gros, comme un insecte, en 3D. Étant donné que vous visualisez des échantillons plus volumineux, la plage de grossissement du microscope à dissection est inférieure à celle du microscope optique composé.

Votre instructeur passera en revue les pièces et les fonctions des microscopes optiques composés que nous utiliserons tout au long du semestre. Remplissez le tableau de la page suivante pour vous aider à vous souvenir de cette information importante. Vous vous référerez probablement fréquemment à cette page. Voici une photo d'un microscope optique pour que vous puissiez étiqueter et prendre des notes.

Partie de Microscope Fonction
Oculaires (oculaires)
Bras
Tour de nez
Organiser
Objectifs
Clips de diapositives
Bouton de commande de scène
Condenseur
diaphragme à iris
Lampe de sous-scène (Illuminateur)
Ajustement grossier
Réglage précis
Base


3 - Microscopie et diversité cellulaire

Cet exercice a présenté les différents types de microscopes utilisés dans notre laboratoire pour étudier les cellules et la structure cellulaire. Vous devez connaître les pièces de ces microscopes et leurs fonctions, ainsi que les procédures de préparation des montures humides, de mise au point et de visualisation des spécimens, ainsi que l'entretien et le stockage appropriés des microscopes.

Vous avez examiné divers types de cellules, allant des cellules procaryotes (cyanobactéries et bactéries) aux cellules eucaryotes (cellules végétales et cellules animales). Vous devriez être capable de reconnaître chacun de ces types de cellules ainsi que toutes les structures subcellulaires visibles avec les microscopes optiques. De plus, vous devriez être capable de nommer les types de bactéries et d'identifier Oscillatoria , Anabaena , et Gloeocapsa . Vous devrez être en mesure d'estimer la taille d'une cellule ou d'un organisme vue au microscope.

Consultez les images sur cette page pour tester vos connaissances. Concentrez-vous sur ces structures dans visage audacieux type et ceux qu'on vous a demandé d'étiqueter sur vos diagrammes.

Pour accéder à ces images au format PowerPoint, cliquez ici.


Une nouvelle méthode de microscopie à l'UT Southwestern donne un aperçu de l'avenir de la biologie cellulaire

DALLAS &ndash 28 juin 2021 &ndash Et si un microscope nous permettait d'explorer le microcosme 3D des vaisseaux sanguins, des nerfs et des cellules cancéreuses instantanément en réalité virtuelle ? Et s'il pouvait fournir des vues dans plusieurs directions en temps réel sans déplacer physiquement l'échantillon et fonctionnait jusqu'à 100 fois plus rapidement que la technologie actuelle ?

Des scientifiques de l'UT Southwestern ont collaboré avec des collègues en Angleterre et en Australie pour construire et tester un nouveau dispositif optique qui convertit les microscopes couramment utilisés en systèmes d'imagerie par projection multiangle. L'invention, décrite dans un article de Today&rsquos Méthodes naturelles, pourrait ouvrir de nouvelles voies en microscopie avancée, selon les chercheurs.

&ldquoIl s'agit d'une technologie entièrement nouvelle, bien que les fondements théoriques de celle-ci puissent être trouvés dans l'ancienne littérature informatique», explique l'auteur correspondant Reto Fiolka, Ph.D. Lui et le co-auteur Kevin Dean, Ph.D., sont tous deux professeurs adjoints de biologie cellulaire et au département de bioinformatique Lyda Hill de l'UT Southwestern.

&ldquoC'est comme si vous teniez l'échantillon biologique avec votre main, que vous le faites pivoter et que vous l'inspectez, ce qui est une manière incroyablement intuitive d'interagir avec un échantillon. En imaginant rapidement l'échantillon sous deux perspectives différentes, nous pouvons visualiser de manière interactive l'échantillon en réalité virtuelle à la volée », explique Dean, directeur du laboratoire d'innovation en microscopie de l'UTSW, qui collabore avec des chercheurs de tout le campus pour développer des instruments personnalisés qui tirent parti des progrès de la lumière. microscopie.

Actuellement, l'acquisition d'informations d'image 3D à partir d'un microscope nécessite un processus gourmand en données, dans lequel des centaines d'images 2D de l'échantillon sont assemblées dans ce que l'on appelle une pile d'images. Pour visualiser les données, la pile d'images est ensuite chargée dans un logiciel graphique qui effectue des calculs pour former des projections bidimensionnelles à partir de différentes perspectives de visualisation sur un écran d'ordinateur, expliquent les chercheurs.

&ldquoCes deux étapes nécessitent beaucoup de temps et peuvent nécessiter un ordinateur très puissant et coûteux pour interagir avec les données&rdquo Fiolka.

L'équipe s'est rendu compte qu'elle pouvait former des projections sous plusieurs angles par des moyens optiques, sans avoir à acquérir des piles d'images et à les restituer avec un ordinateur. Ceci est réalisé par une unité simple et économique composée de deux miroirs rotatifs qui est inséré devant la caméra du système de microscope.

&ldquoEn conséquence, nous pouvons faire tout cela en temps réel, sans aucun retard notable. Étonnamment, nous pouvons regarder sous différents angles &lsquolive&rsquo nos échantillons sans faire tourner les échantillons ou le microscope», explique Fiolka. &ldquoNous pensons que cette invention peut représenter un nouveau paradigme pour l'acquisition d'informations 3D via un microscope à fluorescence.&rdquo

Il promet également une imagerie incroyablement rapide. Alors qu'une pile entière d'images 3D peut nécessiter des centaines d'images de caméra, la nouvelle méthode ne nécessite qu'une seule exposition de caméra.

Initialement, les chercheurs ont développé le système avec deux microscopes à feuille de lumière communs qui nécessitent une étape de post-traitement pour donner un sens aux données. Cette étape s'appelle le redressement et consiste essentiellement à réorganiser les images individuelles pour supprimer certaines distorsions de la pile d'images 3D. Les scientifiques ont initialement cherché à effectuer ce redressement optiquement.

En expérimentant la méthode de désalignement optique, ils se sont rendu compte que lorsqu'ils utilisaient une quantité incorrecte de &ldquode-skew,&rdquo l'image projetée semblait tourner.

&ldquoC'était l'aha ! moment. Nous avons réalisé que cela pourrait être plus important qu'une simple méthode de désalignement optique et que le système pourrait également fonctionner pour d'autres types de microscopes », a déclaré Fiolka.

&ldquoCette étude confirme que le concept est plus général&rdquo, dit Dean. &ldquoNous l'avons maintenant appliqué à divers microscopes, y compris la microscopie confocale à feuille de lumière et à disque rotatif.&rdquo

À l'aide de la nouvelle méthode au microscope, ils ont imagé des ions calcium transportant des signaux entre les cellules nerveuses dans une boîte de culture et ont examiné le système vasculaire d'un embryon de poisson zèbre. Ils ont également rapidement imagé des cellules cancéreuses en mouvement et un cœur de poisson zèbre battant.

Les co-auteurs de l'UTSW incluent Bo-Jui Chang, Etai Sapoznik, Theresa Pohlkamp, ​​Tamara S. Terrones, Erik S. Welf, Vasanth S. Murali et Philippe Roudot.

Des chercheurs du MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, Royaume-Uni Calico Life Sciences LLC, South San Francisco, Californie et du Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research et de l'Université de Melbourne, tous deux en Australie, ont également participé.

La recherche a reçu le soutien du Cancer Prevention Research Institute of Texas (RR160057) et des National Institutes of Health (T32CA080621 F32GM117793 K25CA204526, R33CA235254 et R35GM133522). Fiolka a déposé un brevet pour l'unité de numérisation et ses applications en microscopie. Des divulgations supplémentaires sont dans le document. Les chercheurs ont rendu disponibles en ligne les données utilisées dans l'étude et le code du logiciel. Les détails d'accès sont dans l'étude.

Fiolka est membre du Harold C. Simmons Comprehensive Cancer Center. Visitez le laboratoire Fiolka ici.

À propos du centre médical UT Southwestern

UT Southwestern, l'un des principaux centres médicaux universitaires du pays, intègre une recherche biomédicale pionnière avec des soins cliniques et une éducation exceptionnels. Le corps professoral de l'institution a reçu six prix Nobel et comprend 24 membres de la National Academy of Sciences, 16 membres de la National Academy of Medicine et 13 chercheurs du Howard Hughes Medical Institute. Le corps professoral à temps plein de plus de 2 800 personnes est responsable des avancées médicales révolutionnaires et s'engage à traduire rapidement la recherche axée sur la science en de nouveaux traitements cliniques. Les médecins de l'UT Southwestern dispensent des soins dans environ 80 spécialités à plus de 117 000 patients hospitalisés, à plus de 360 ​​000 cas en salle d'urgence et supervisent près de 3 millions de consultations externes par an.


Approche transversale

Ces avancées sont le résultat des contributions de scientifiques dans de nombreux domaines différents. Les physiciens ont fourni une grande partie de la technologie, comme les détecteurs d'électrons avancés qui ont augmenté la vitesse et la sensibilité des dispositifs cryo-EM modernes. Les chimistes ont développé des sondes fluorescentes plus lumineuses qui éclairent les cibles plus longtemps. Les statisticiens et informaticiens ont amélioré les techniques de traitement et d'analyse des images. « L'accélération de l'imagerie s'est produite grâce à cette incroyable synergie », déclare Jennifer Lippincott-Schwartz, biologiste cellulaire au Janelia Research Campus du Howard Hughes Medical Institute à Ashburn, en Virginie, qui a contribué à jeter les bases du développement de la super-résolution. microscopie avec des travaux dans les années 1990 sur l'utilisation de protéines fluorescentes vertes pour visualiser les voies de trafic cellulaire dans les cellules vivantes 2 .

De nombreuses avancées ont été réalisées grâce à ces outils de microscopie. Lippincott-Schwartz et ses collègues, par exemple, ont utilisé une forme de microscopie à fluorescence à couche lumineuse avec microscopie confocale pour capturer des images couleur 3D des interactions entre différents types d'organites. "Nous avons pu cartographier les relations entre six types d'organites, la vitesse à laquelle ils se déplaçaient et les contacts qu'ils ont établis les uns avec les autres", explique Lippincott-Schwartz, dont l'article 3 a été publié dans La nature en 2017. « C'est important si vous voulez comprendre la communication croisée entre les organites, qui est l'un des grands intérêts des biologistes cellulaires en ce moment. »

Jennifer Lippincott-Schwartz fait la démonstration d'un microscope capable d'imagerie à super-résolution. Crédit : Matt Staley

La disponibilité croissante de ces techniques avancées présente des opportunités pour les biologistes cellulaires en début de carrière. De toute évidence, cela augmente le nombre de processus que les biologistes cellulaires peuvent sonder. «Ces techniques ouvrent des perspectives énormes pour les types de questions auxquelles nous pouvons répondre», explique Lippincott-Schwartz. Le biologiste structural David Barford du MRC Laboratory of Molecular Biology à Cambridge, au Royaume-Uni, a utilisé la cryo-EM pour faire progresser la compréhension de certains des mécanismes cellulaires impliqués dans la mitose 4 , un type de division cellulaire qui entraîne la formation de deux cellules filles avec les mêmes chromosomes que la cellule mère. "Pour les scientifiques universitaires, la capacité de déterminer des structures à une résolution atomique avec la cryo-microscopie électronique peut être très importante dans la conception de nouvelles expériences et le test d'hypothèses biologiques", dit-il.

Barford ajoute que les avantages potentiels pour les chercheurs en début de carrière d'acquérir une compréhension approfondie des dernières techniques d'imagerie pourraient s'étendre au-delà des questions de recherche immédiates auxquelles ils cherchent à répondre. « Les sociétés pharmaceutiques s'intéressent de plus en plus à la cryomicroscopie électronique comme moyen de déterminer les structures des protéines et des cibles médicamenteuses. Barford pense également que ces techniques deviendront plus importantes et dépasseront les anciennes techniques utilisées par les biologistes. "Cela remplacera probablement la cristallographie sur le marché du travail."

Il est impossible de maîtriser l'utilisation de tous ou même de plusieurs des derniers outils d'imagerie. Les biologistes cellulaires en début de carrière qui cherchent à les utiliser doivent décider de se spécialiser dans une technique particulière ou d'identifier des collaborateurs qui peuvent le faire pour eux (voir « Meetings of minds » pour certaines des conférences populaires en biologie cellulaire). Ridley, qui étudie le rôle de la migration cellulaire dans la progression du cancer, conseille aux doctorants de saisir toutes les opportunités qui s'offrent à eux pour avoir un aperçu des différentes techniques. «Je recommanderais à toute personne entreprenant un programme de doctorat avec la possibilité de faire des rotations dans différents laboratoires et d'acquérir de l'expérience dans différents domaines d'imagerie pour le faire», dit-elle. "Même si vous ne devenez pas un expert en microscopie électronique, par exemple, travailler dans ce domaine pendant quelques mois vous permettra de comprendre ce qu'il peut et ne peut pas faire." Barford ajoute que les chercheurs qui laissent aux collaborateurs le soin de faire leur imagerie à leur place risquent de prendre du retard d'autres manières. « Si vous devenez simplement un utilisateur plutôt qu'un développeur, cela limite votre potentiel futur de contribuer au domaine en développant et en faisant progresser la technologie. »

Rencontres d'esprits

Délégués à la réunion conjointe de l'American Society for Cell Biology et de l'European Molecular Biology Organization en 2018. Crédit : Paul Sakuma Photography

Les symposiums et les conférences sont utiles pour obtenir des mises à jour et des aperçus d'un domaine.

Les chercheurs doivent souvent choisir entre participer à des réunions larges ou spécialisées. Pour ceux qui recherchent un aperçu de l'état du domaine, la réunion conjointe de l'American Society for Cell Biology et de l'European Molecular Biology Organization est de loin le plus grand rassemblement annuel de biologistes cellulaires au monde. Environ 6 000 personnes sont attendues cette année à Washington DC du 7 au 11 décembre. Les sujets à couvrir seront très variés, y compris des sujets émergents tels que les organismes modèles non conventionnels, la modélisation informatique et la biologie synthétique.

Bruce Stillman, président-directeur général du Cold Spring Harbor Laboratory à New York, donnera la conférence principale sur ses travaux sur la duplication des chromosomes dans les cellules. Il y aura une variété de symposiums, d'ateliers, de séances d'affiches et de séances d'intérêt spécial. La veille de la réunion principale, il y aura une journée complète de session sur les carrières et le développement professionnel pour les universitaires, et un mini-cours de biotechnologie d'une journée, au cours duquel les participants pourront apprendre comment les découvertes scientifiques sont transformées en entreprises bioscientifiques. D'autres sessions porteront sur les carrières dans la défense des intérêts scientifiques à but non lucratif, la politique scientifique, la sensibilisation, la gestion des infrastructures scientifiques et la recherche en laboratoire dans l'industrie.

Il existe de nombreuses autres options pour les chercheurs qui souhaitent approfondir une branche particulière de la discipline. Un symposium intitulé Seeing is Believing, par exemple, rassemble les développeurs de techniques d'imagerie de pointe avec ceux qui les appliquent en laboratoire. Cette réunion a attiré quelque 400 participants lors de sa dernière tenue, au Laboratoire européen de biologie moléculaire à Heidelberg, en Allemagne, en octobre de cette année. Il comportait des sessions sur les derniers outils et méthodes transformant les capacités des chercheurs à visualiser les protéines, les complexes protéiques, les organites, les cellules, les tissus, les organes et les organismes entiers.

L'un des attraits de l'imagerie pour Lippincott-Schwartz est sa pureté en tant que méthode empirique d'acquisition de connaissances. « Lorsque vous faites de l'imagerie, vous observez d'abord, puis vous générez des hypothèses, puis vous concevez des approches pour tester vos hypothèses. C’est l’avenue parfaite pour accomplir la méthode scientifique. Elle ajoute que la prolifération d'outils avancés a rendu la microscopie d'autant plus attrayante pour les biologistes cellulaires. "Cela peut faire de l'imagerie une direction très créative à prendre", dit-elle.

La nature 575, S91-S94 (2019)

Cet article fait partie de Nature Career Guide: Cell biologie, un supplément éditorial indépendant. Les annonceurs n'ont aucune influence sur le contenu.


Voir la vidéo: SOMO 5 solurakenne 3 (Août 2022).