Featured image caption: These images, acquired on the Zeiss LSM 780 microscope at the Molecular Imaging Center, shows fucosylated glycans in developing zebrafish embryos. Proper fucosylation, or adding fucose sugar units to molecules, is essential for many developmental processes. The Bertozzi Lab created a chemical reporter to visualize this process in live zebrafish. Images courtesy of Karen Dehnert and Scott Laughlin, Bertozzi Lab.
In 1665, the English polymath Robert Hooke declared boldly: “By the help of microscopes, there is nothing so small as to escape our inquiry.” Three and a half centuries later, his proclamation, though perhaps still slightly hyperbolic, is more true than ever.
Advances in microscopy and optics allow biologists to peer with unprecedented resolution at the inner workings of living cells. Moreover, 21st-century technology gives researchers the ability to observe in real-time the effect of their experimental manipulations.
Unfortunately, the price of a modern microscope is significantly higher than in Hooke’s time. With the average optical system costing half a million dollars, a single lab may not be able to afford the tools necessary for its research. To overcome this obstacle, scientists from different university departments are increasingly teaming up at core facilities, where the cost of acquisition and maintenance of equipment is paid by grants and university funding.
One of the best examples of this model is Berkeley’s Molecular Imaging Center (MIC). Since its establishment in 2001, the MIC has become an invaluable resource to Berkeley labs. A joint venture of the Cancer Research Laboratory, the Department of Molecular and Cell Biology, and the Helen Wills Neuroscience Institute, the MIC has grown from incorporating a single microscope (Berkeley’s first two-photon system) to housing more than a dozen systems in two campus buildings.
Holly Aaron, the MIC’s manager, says the center’s instruments are open not only to Berkeley researchers, but also to scientists at the Lawrence Berkeley Lab, UC San Francisco and biotech companies. This equipment includes state-of-the-art confocal laser scanning microscopes, which use oscillating mirrors to rapidly illuminate each point on a sample, over and over again (hence “scanning”). The reflected light is then filtered through a pinhole to eliminate out-of-focus signal, producing images with very fine resolution, down to the nanometer scale. At this dimension, researchers can see, for example, the dendrites of a single neuron, or the mitotic spindles of a dividing cell. Another piece of equipment is the relatively new light-sheet system, which offers imaging speeds up to 50 times faster than a confocal microscope. Finally, inverted microscopes are available for imaging of samples that cannot be put on a slide, such as living cells in culture.
The MIC’s instruments are being used in a range of projects. Colleen Kirkhart, a neuroscience graduate student, researches fruit flies’ sense of taste. Specifically, she is interested in how flies can remember that certain foods taste sweet or bitter. In her experiments she is examining an area of the insect’s brain called the mushroom body—about the size of a fine grain of sand—because this region has long been known to be important for learning and memory.
“I’m trying to understand the neural circuitry underlying the fly’s ability to form and store taste memory,” says Kirkhart. The MIC’s microscopes allow her to carefully pinpoint the anatomical areas she is interested in and label them using a photoactivatable protein. The technique essentially gives her the ability to trace neural circuitry using light. Having the MIC as a resource greatly expands Kirkhart’s range of technical possibility, since she is not limited to using the instruments owned privately by her lab. “I can attempt any new, state-of-the-art method I want to try, providing me a level of experimental freedom I wouldn’t otherwise have,” she says.
The field of microscopy is barreling ahead: tools undreamt of even 20 years ago are now somewhat antiquated. As the MIC expands, its microscopes will illuminate ever smaller biological processes with ever greater resolution. In the not-too-distant future, Hooke’s fanciful assertion may become reality after all.
คำอธิบายภาพเด่น: ภาพเหล่านี้ที่ได้มาใน Zeiss LSM 780 กล้องจุลทรรศน์ที่ศูนย์การถ่ายภาพระดับโมเลกุลแสดง glycans fucosylated ในการพัฒนาตัวอ่อน zebrafish fucosylation เหมาะสมหรือเพิ่มหน่วย fucose น้ำตาลโมเลกุลเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการพัฒนาจำนวนมาก Bertozzi Lab สร้างนักข่าวสารเคมีที่จะเห็นภาพกระบวนการนี้ใน zebrafish สด . รูปภาพมารยาทของชาวกะเหรี่ยง Dehnert และสกอตต์ฟลิน Bertozzi Lab ใน 1665, พหูสูตภาษาอังกฤษโรเบิร์ตฮุคประกาศอย่างกล้าหาญ ". โดยความช่วยเหลือของกล้องจุลทรรศน์มีอะไรขนาดเล็กเพื่อที่จะหนีการสอบสวนของเรา" สามและครึ่งศตวรรษต่อมาของเขา ประกาศแม้ว่าอาจจะยังคงเกินความจริงเล็กน้อยเป็นจริงมากขึ้นกว่าเดิม. ความก้าวหน้าในการใช้กล้องจุลทรรศน์และเลนส์ช่วยให้นักชีววิทยาเพื่อเพื่อนที่มีความละเอียดเป็นประวัติการณ์ในการทำงานภายในของเซลล์ที่มีชีวิต นอกจากนี้เทคโนโลยีในศตวรรษที่ 21 จะช่วยให้นักวิจัยสามารถที่จะสังเกตเห็นในเวลาจริงผลของการทดลองของพวกเขากิจวัตร. แต่น่าเสียดายที่ราคาของกล้องจุลทรรศน์ที่ทันสมัยอย่างมีนัยสำคัญสูงกว่าในเวลาที่ฮุค ด้วยระบบแสงเฉลี่ยต้นทุนครึ่งล้านดอลลาร์, ห้องปฏิบัติการเดียวอาจจะไม่สามารถที่จะจ่ายเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับการวิจัยและพัฒนา เพื่อเอาชนะอุปสรรคนี้นักวิทยาศาสตร์จากหน่วยงานของมหาวิทยาลัยที่แตกต่างกันมีมากขึ้นใกล้เคียงที่สิ่งอำนวยความสะดวกหลักที่ค่าใช้จ่ายในการเข้าซื้อกิจการและการบำรุงรักษาของอุปกรณ์ที่มีการจ่ายเงินทุนและการระดมทุนของมหาวิทยาลัย. หนึ่งในตัวอย่างที่ดีที่สุดของรุ่นนี้คือลีถ่ายภาพระดับโมเลกุลเซ็นเตอร์ (MIC ) นับตั้งแต่ก่อตั้งขึ้นในปี 2001, MIC ได้กลายเป็นทรัพยากรที่ทรงคุณค่าให้กับห้องปฏิบัติการเบิร์กเลย์ บริษัท ร่วมทุนของการวิจัยโรคมะเร็งห้องปฏิบัติการภาควิชาชีววิทยาโมเลกุลและเซลล์และเฮเล็นประสาทสถาบัน, MIC ได้เติบโตขึ้นจากการผสมผสานกล้องจุลทรรศน์เดียว (เบิร์กลีย์เป็นครั้งแรกของสองระบบโฟตอน) เพื่อที่อยู่อาศัยมากขึ้นกว่าระบบโหลในสอง อาคารวิทยาเขต. ฮอลลีอาโรนผู้จัดการของ MIC กล่าวว่าเครื่องมือที่ใช้ในศูนย์ที่มีการเปิดไม่เพียง แต่นักวิจัยเบิร์กลีย์ แต่ยังรวมถึงนักวิทยาศาสตร์ที่เบิร์กลีย์อเรนซ์แล็บ, UC San Francisco และ บริษัท เทคโนโลยีชีวภาพ อุปกรณ์นี้รวมถึงรัฐของศิลปะกล้องจุลทรรศน์ confocal เลเซอร์สแกนซึ่งใช้กระจกสั่นอย่างรวดเร็วสว่างจุดแต่ละตัวอย่างซ้ำแล้วซ้ำอีก (เพราะฉะนั้น "สแกน") แสงสะท้อนจะถูกกรองแล้วผ่านรูเข็มที่จะกำจัดออกจากโฟกัสสัญญาณผลิตภาพที่มีความละเอียดดีมากลงไปที่ระดับนาโนเมตร ในมิตินี้นักวิจัยสามารถดูตัวอย่างเช่น dendrites ของเซลล์ประสาทเดียวหรือแกนทิคส์ของเซลล์ที่แบ่ง ชิ้นส่วนของอุปกรณ์อีกอย่างหนึ่งคือระบบสัญญาณไฟแผ่นที่ค่อนข้างใหม่ซึ่งมีความเร็วในการถ่ายภาพได้ถึง 50 ครั้งเร็วกว่ากล้องจุลทรรศน์ confocal สุดท้ายกลับกล้องจุลทรรศน์ที่มีอยู่สำหรับการถ่ายภาพของกลุ่มตัวอย่างที่ไม่สามารถวางบนสไลด์เช่นเซลล์ที่อาศัยอยู่ในวัฒนธรรม. MIC ของตราสารที่มีการใช้อยู่ในช่วงของโครงการ คอลลีน Kirkhart, นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาด้านประสาทวิทยา, วิจัยความรู้สึกแมลงวันผลไม้ของรสชาติ โดยเฉพาะการที่เธอมีความสนใจในวิธีการที่แมลงวันสามารถจำไว้ว่าอาหารบางชนิดได้ลิ้มรสหวานหรือขม ในการทดลองของเธอเธอจะตรวจสอบพื้นที่ของสมองของแมลงที่เรียกว่าเห็ดเกี่ยวกับร่างกายขนาดของเม็ดละเอียดของทรายเพราะภูมิภาคนี้มีมานานแล้วที่รู้จักกันเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเรียนรู้และความทรงจำ. "ฉันพยายามที่จะเข้าใจ วงจรประสาทพื้นฐานของความสามารถในการบินในรูปแบบร้านค้าและหน่วยความจำรสชาติ "Kirkhart กล่าวว่า กล้องจุลทรรศน์ของ MIC ให้เธออย่างรอบคอบระบุพื้นที่ทางกายวิภาคที่เธอมีความสนใจในฉลากและพวกเขาโดยใช้โปรตีน photoactivatable เทคนิคเป็นหลักทำให้เธอสามารถในการติดตามวงจรประสาทที่ใช้แสง มี MIC เป็นทรัพยากรที่ช่วยขยายช่วง Kirkhart ของความเป็นไปได้ทางเทคนิคเพราะเธอไม่ จำกัด การใช้เครื่องมือที่เป็นส่วนตัวโดยห้องปฏิบัติการของเธอ . "ผมจะพยายามใหม่ ๆ รัฐของศิลปะวิธีผมอยากจะลองให้ผมระดับของเสรีภาพในการทดลองฉันจะไม่เป็นอย่างอื่นได้" เธอกล่าวด้านการใช้กล้องจุลทรรศน์เป็น barreling ข้างหน้า: เครื่องมือนึกฝันของแม้แต่ 20 ปีที่ผ่านมาตอนนี้ค่อนข้างโบราณ ในฐานะที่เป็น MIC ขยายของกล้องจุลทรรศน์จะสว่างเท่าที่เคยมีขนาดเล็กกระบวนการทางชีวภาพที่มีความละเอียดมากกว่าเดิม ในที่ไม่ไกลเกินกว่าที่ในอนาคตยืนยันเพ้อฝันของฮุคอาจจะกลายเป็นความจริงหลังจากทั้งหมด
การแปล กรุณารอสักครู่..

คำบรรยายภาพ : ภาพที่โดดเด่นเหล่านี้ ได้รับ กับ Zeiss และ 780 กล้องจุลทรรศน์ที่ศูนย์การถ่ายภาพระดับโมเลกุล พบ fucosylated glycans ในการพัฒนาปลาม้าลายตัว . ที่เหมาะสม fucosylation หรือเพิ่มหน่วยน้ำตาลฟูโคสกับโมเลกุล เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการพัฒนามากมาย . การ bertozzi สร้าง lab เคมี นักข่าวเห็นภาพกระบวนการนี้มีชีวิตในปลาม้าลาย .ภาพที่มารยาทของคาเรน dehnert และสก็อตลาฟลิน bertozzi .
ใน 1665 , เพลงอังกฤษ โรเบิร์ต ฮุค ประกาศอย่างอาจหาญ " โดยความช่วยเหลือของกล้องจุลทรรศน์มีอะไรเล็ก ๆ เพื่อหนีการสอบถามของเรา . " สามและครึ่งศตวรรษต่อมา ถ้อยแถลงของเขา แม้บางทีก็ไฮเปอร์โบลิคเล็กน้อย เป็นจริงมากขึ้น กว่าเดิม
ความก้าวหน้าในกล้องจุลทรรศน์และเลนส์ช่วยให้นักชีววิทยาเพื่อเพื่อนกับความละเอียดที่เคยซึ้งของเซลล์ที่มีชีวิต นอกจากนี้ เทคโนโลยีศตวรรษที่ 21 จะช่วยให้นักวิจัยสามารถสังเกตได้ในเวลาจริงผลของการทดลอง manipulations .
ขออภัย ราคากล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่สูงกว่าในของเวลาด้วยระบบการคิดต้นทุนเฉลี่ยแสงครึ่งล้านดอลลาร์ เป็นแล็ปเดียวอาจจะไม่สามารถที่จะซื้อเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับการวิจัยของ เพื่อเอาชนะอุปสรรคนี้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแผนกต่าง ๆ มีมากขึ้นของโครงการที่หลักของเครื่อง ซึ่งต้นทุนของการซื้อและการบำรุงรักษาอุปกรณ์จ่ายตามทุนและทุนมหาวิทยาลัย .
หนึ่งในตัวอย่างที่ดีที่สุดของรุ่นนี้คือศูนย์การถ่ายภาพโมเลกุลของเบิร์กลีย์ ( MIC ) นับตั้งแต่ก่อตั้งขึ้นในปี 2001 ไมค์ได้กลายเป็นทรัพยากรที่ทรงคุณค่า Berkeley ห้องปฏิบัติการ เป็น บริษัท ร่วมทุนของห้องปฏิบัติการวิจัยโรคมะเร็ง , กรมชีววิทยาของเซลล์และโมเลกุลของสถาบันประสาทวิทยา , และ Helen Wills ,ไมค์โตจากกล้องจุลทรรศน์เดียว ( รวมระบบ two-photon แรกของเบิร์กลีย์ ) เพื่อที่อยู่อาศัยกว่าระบบโหลสองอาคารวิทยาเขต
ฮอลลี่ แอรอน ผู้จัดการของ ไมค์ กล่าวว่า เครื่องมือของศูนย์จะเปิดไม่เพียง แต่ยังเพื่อ Berkeley นักวิจัย นักวิทยาศาสตร์ที่ Lawrence Berkeley Lab , ซานฟรานซิสโกและ บริษัท เทคโนโลยีชีวภาพอุปกรณ์นี้ประกอบด้วยรัฐ - of - the - art ด้วยเลเซอร์สแกนกล้องจุลทรรศน์ ที่ใช้กระจกสั่นอย่างรวดเร็วส่องสว่างจุดแต่ละจุดบนตัวอย่าง กว่าและมากกว่าอีกครั้ง ( ดังนั้น " สแกน " ) แสงสะท้อนถูกกรองผ่านกล้องรูเข็ม ขจัดออกจากโฟกัสสัญญาณ , การผลิตภาพที่มีความละเอียดมาก ละเอียดลงไปถึงระดับนาโนเมตร ในมิตินี้ นักวิจัยสามารถดูตัวอย่างเช่น กุยช่าย เป็นเซลล์เดียวหรือเส้นใยแกนของการแบ่งเซลล์ ชิ้นส่วนอื่นของอุปกรณ์เป็นค่อนข้างใหม่แผ่นระบบภาพแสง ซึ่งมีความเร็วสูงถึง 50 ครั้งเร็วกว่ากล้องจุลทรรศน์ด้วย . ในที่สุด ฤๅษีกล้องจุลทรรศน์พร้อมภาพตัวอย่างที่ไม่สามารถใส่บนภาพนิ่ง เช่น เซลล์ที่มีชีวิตในวัฒนธรรม .
เครื่องมือของไมค์จะถูกใช้ในช่วงของโครงการ คอลลีน kirkhart , ประสาทวิทยาศาสตร์ นักศึกษาปริญญาโท ด้านผลไม้แมลงวัน ' ความรู้สึกของรสชาติ โดยเฉพาะ เธอมีความสนใจในวิธีการที่แมลงวันสามารถจำได้ว่าอาหารบางอย่างรสชาติหวานหรือขมในการทดลองของเธอ เธอกำลังตรวจพื้นที่สมองของแมลงเรียกว่าเห็ดร่างกายเกี่ยวกับขนาดของเม็ดทราย เพราะภูมิภาคนี้ได้รับการเรียกว่าเป็นสำคัญสำหรับการเรียนรู้และความจำ
" ฉันพยายามที่จะเข้าใจวงจรประสาทที่ต้นแบบบินในรูปแบบและเก็บความจำรส กล่าวว่า " kirkhart .ของไมค์กล้องจุลทรรศน์อนุญาตให้เธออย่างระมัดระวัง ระบุพื้นที่ที่เธอสนใจและป้ายชื่อพวกเขาใช้ photoactivatable โปรตีน เทคนิคเป็นหลัก ทำให้เธอสามารถติดตามวงจรประสาทที่ใช้แสง มีไมค์เป็นทรัพยากรที่ช่วยขยายความ kirkhart ช่วงของความเป็นไปได้ทางด้านเทคนิคเนื่องจากเธอมีไม่ จำกัด การใช้เครื่องมือที่เป็นของเอกชนโดย Lab ของเธอ " ฉันพยายามใหม่ใด ๆที่ทันสมัย วิธีที่ผมจะลองให้ฉันระดับทดลองเสรีภาพผมไม่เป็นอย่างอื่นได้ , " เธอกล่าว .
ด้านจุลทรรศน์เป็น barreling ข้างหน้า : เครื่องมือ undreamt แม้แต่ 20 ปีที่ผ่านมาขณะนี้ค่อนข้างโบราณ เป็นไมโครโฟนขยายของกล้องจุลทรรศน์จะสว่างที่เคยเล็กกระบวนการทางชีวภาพที่มีความละเอียดมากกว่าเดิม . ในอนาคตไม่ไกลเกินไปของฮุก , เพ้อฝันยืนยันอาจกลายเป็นความจริงหลังจากทั้งหมด
การแปล กรุณารอสักครู่..
