Información

3: Microscopio y la célula - Biología

3: Microscopio y la célula - Biología



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.

Durante los últimos siglos, hemos aprendido a manipular la luz para mirar dentro de mundos previamente invisibles, aquellos que son demasiado pequeños o demasiado lejanos para ser vistos a simple vista. A través de un microscopio, podemos examinar células y colonias microbianas, utilizando diversas técnicas para manipular el color, el tamaño y el contraste de manera que nos ayuden a identificar especies y diagnosticar enfermedades. Este capítulo explora cómo varios tipos de microscopios manipulan la luz para proporcionar una ventana al mundo de los microorganismos. Al comprender cómo funcionan los distintos tipos de microscopios, podemos producir imágenes muy detalladas de microbios que pueden ser útiles tanto para la investigación como para aplicaciones clínicas.

  • 3.1: Cómo funcionan los microscopios
    La luz visible está formada por ondas electromagnéticas que se comportan como otras ondas. Por tanto, muchas de las propiedades de la luz que son relevantes para la microscopía pueden entenderse en términos del comportamiento de la luz como onda. Una propiedad importante de las ondas de luz es la longitud de onda, o la distancia entre un pico de una onda y el siguiente pico. La altura de cada pico (o la profundidad de cada valle) se llama amplitud.
  • 3.2: Tinción de muestras microscópicas y descripciones
    En su estado natural, la mayoría de las células y microorganismos que observamos al microscopio carecen de color y contraste. Esto hace que sea difícil, si no imposible, detectar estructuras celulares importantes y sus características distintivas sin tratar artificialmente las muestras. Aquí, nos centraremos en las técnicas clínicamente más relevantes desarrolladas para identificar microbios específicos, estructuras celulares, secuencias de ADN o indicadores de infección en muestras de tejido, bajo el microscopio.
  • 3.3: Las células como seres vivos
    La teoría de la generación espontánea afirma que la vida surgió de la materia inerte. Era una creencia arraigada que se remonta a Aristóteles y los antiguos griegos. La experimentación de Francesco Redi en el siglo XVII presentó la primera evidencia significativa que refuta la generación espontánea al mostrar que las moscas deben tener acceso a la carne para que los gusanos se desarrollen en la carne. A Louis Pasteur se le atribuye haber refutado de manera concluyente la teoría y propuso que "la vida solo proviene de la vida".

Miniatura: un microscopio compuesto en un laboratorio de biología. (CC-BY-SA 4.0; Acagastya).


Muchos organismos (bacterias) y partes de organismos (células) que estudian los biólogos son demasiado pequeños para ser vistos por el ojo humano. Usamos microscopios para ampliar especímenes para nuestra investigación. La palabra microscopio significa "ver pequeño" y el primer microscopio primitivo se creó en 1595.

Hay varios tipos de microscopios, pero sobre todo utilizará un microscopio óptico compuesto. Este tipo de microscopio utiliza luz visible enfocada a través de dos lentes, el ocular y el objetivo, para ver una pequeña muestra. Solo las células que son lo suficientemente delgadas para que pase la luz serán visibles con un microscopio óptico en una imagen bidimensional.

Otro microscopio que usará en el laboratorio es un estereoscópico o un microscopio de disección. Este tipo de microscopio utiliza luz visible para ver muestras más gruesas y más grandes, como un insecto, en 3D. Como está viendo muestras más grandes, el rango de aumento del microscopio de disección es menor que el del microscopio óptico compuesto.

Su instructor revisará las partes y funciones de los microscopios de luz compuestos que usaremos durante el semestre. Complete la tabla en la página siguiente para ayudarlo a recordar esta importante información. Es probable que vuelva a consultar esta página con frecuencia. Aquí hay una imagen de un microscopio óptico para que la etiquete y tome notas.

Parte del microscopio Función
Oculares (oculares)
Brazo
Revólver portaobjetivos
Escenario
Objetivos
Clips deslizantes
Perilla de control de escenario
Condensador
diafragma del iris
Lámpara de escenario (iluminador)
Ajuste grueso
Ajuste fino
Base


3 - Microscopía y diversidad celular

Este ejercicio presentó los diferentes tipos de microscopios que se utilizan en nuestro laboratorio para estudiar las células y la estructura celular. Debe conocer las partes de estos microscopios y sus funciones, y los procedimientos para preparar montajes húmedos, enfocar y ver muestras, y el cuidado y almacenamiento adecuados de los microscopios.

Ha examinado una variedad de tipos de células, que van desde células procariotas (cianobacterias y bacterias) hasta células eucariotas (células vegetales y células animales). Debería poder reconocer cada uno de estos tipos de células, así como cualquier estructura subcelular visible con los microscopios ópticos. Además, debería poder nombrar tipos de bacterias e identificar Oscillatoria , Anabaena , y Gloeocapsa . Se espera que pueda estimar el tamaño de una célula u organismo visto a través del microscopio.

Revise las imágenes de esta página para poner a prueba sus conocimientos. Concéntrese en esas estructuras en cara atrevida tipo y los que se le pidió que etiquetara en sus diagramas.

Para acceder a estas imágenes en formato PowerPoint, haga clic aquí.


Un nuevo método de microscopía en UT Southwestern ofrece una mirada al futuro de la biología celular

DALLAS & ndash 28 de junio de 2021 & ndash ¿Qué pasaría si un microscopio nos permitiera explorar el microcosmos 3D de vasos sanguíneos, nervios y células cancerosas instantáneamente en realidad virtual? ¿Qué pasaría si pudiera proporcionar vistas desde múltiples direcciones en tiempo real sin mover físicamente la muestra y funcionara hasta 100 veces más rápido que la tecnología actual?

Los científicos de UT Southwestern colaboraron con colegas en Inglaterra y Australia para construir y probar un nuevo dispositivo óptico que convierte microscopios de uso común en sistemas de proyección de imágenes de múltiples ángulos. La invención, descrita en un artículo en today & rsquos Métodos de la naturaleza, podría abrir nuevas vías en microscopía avanzada, dicen los investigadores.

"Es una tecnología completamente nueva, aunque los fundamentos teóricos de la misma se pueden encontrar en la literatura antigua sobre ciencias de la computación", dice el autor correspondiente Reto Fiolka, Ph.D. Tanto él como el coautor Kevin Dean, Ph.D., son profesores asistentes de biología celular y en el Departamento de Bioinformática de Lyda Hill en UT Southwestern.

& ldquoEs como si estuviera sosteniendo la muestra biológica con la mano, girándola e inspeccionándola, que es una forma increíblemente intuitiva de interactuar con una muestra. Al tomar imágenes rápidamente de la muestra desde dos perspectivas diferentes, podemos visualizar de forma interactiva la muestra en realidad virtual sobre la marcha '', dice Dean, director del Laboratorio de Innovación de Microscopía de UTSW, que colabora con investigadores de todo el campus para desarrollar instrumentos personalizados que aprovechan los avances en la luz. microscopía.

Actualmente, adquirir información de imágenes en 3D de un microscopio requiere un proceso intensivo en datos, en el que cientos de imágenes en 2D de la muestra se ensamblan en una llamada pila de imágenes. Para visualizar los datos, la pila de imágenes se carga en un programa de software de gráficos que realiza cálculos para formar proyecciones bidimensionales desde diferentes perspectivas de visualización en una pantalla de computadora, explican los investigadores.

"Estos dos pasos requieren mucho tiempo y pueden necesitar una computadora muy potente y costosa para interactuar con los datos", dice Fiolka.

El equipo se dio cuenta de que podía formar proyecciones desde múltiples ángulos por medios ópticos, evitando la necesidad de adquirir pilas de imágenes y renderizarlas con una computadora. Esto se logra mediante una unidad simple y rentable que consta de dos espejos giratorios que se inserta frente a la cámara del sistema de microscopio.

& ldquoComo resultado, podemos hacer todo esto en tiempo real, sin ningún retraso notable. Sorprendentemente, podemos mirar desde diferentes ángulos & lsquolive & rsquo a nuestras muestras sin rotar las muestras o el microscopio, & rdquo Fiolka. & ldquoCreemos que esta invención puede representar un nuevo paradigma para adquirir información 3D a través de un microscopio de fluorescencia. & rdquo

También promete imágenes increíblemente rápidas. Si bien una pila completa de imágenes en 3D puede requerir cientos de fotogramas de cámara, el nuevo método requiere solo una exposición de cámara.

Inicialmente, los investigadores desarrollaron el sistema con dos microscopios de hoja de luz comunes que requieren un paso de posprocesamiento para dar sentido a los datos. Ese paso se llama desviación y esencialmente significa reorganizar las imágenes individuales para eliminar algunas distorsiones de la pila de imágenes en 3D. Los científicos originalmente buscaron realizar este desvío ópticamente.

Mientras experimentaban con el método de desvío óptico, se dieron cuenta de que cuando usaban una cantidad incorrecta de & ldquode-sesgo & rdquo, la imagen proyectada parecía girar.

& ldquoEste fue el ¡ajá! momento. Nos dimos cuenta de que esto podría ser más grande que un simple método de desvío óptico, ya que el sistema también podría funcionar para otros tipos de microscopios ”, dijo Fiolka.

"Este estudio confirma que el concepto es más general", dice Dean. & ldquoLo hemos aplicado a varios microscopios, incluyendo microscopía confocal de hoja de luz y disco giratorio. & rdquo

Usando el nuevo método de microscopio, obtuvieron imágenes de iones de calcio que transportaban señales entre las células nerviosas en un plato de cultivo y observaron la vasculatura de un embrión de pez cebra. También tomaron imágenes rápidamente de células cancerosas en movimiento y un corazón de pez cebra latiendo.

Los coautores de UTSW incluyen a Bo-Jui Chang, Etai Sapoznik, Theresa Pohlkamp, ​​Tamara S. Terrones, Erik S. Welf, Vasanth S. Murali y Philippe Roudot.

También participaron investigadores del Laboratorio de Biología Molecular MRC, Cambridge, Reino Unido Calico Life Sciences LLC, South San Francisco, California y el Instituto de Investigación Médica Walter y Eliza Hall y la Universidad de Melbourne, ambos en Australia.

La investigación recibió el apoyo del Instituto de Investigación para la Prevención del Cáncer de Texas (RR160057) y los Institutos Nacionales de Salud (T32CA080621 F32GM117793 K25CA204526, R33CA235254 y R35GM133522). Fiolka ha presentado una patente para la unidad de escaneo y sus aplicaciones a la microscopía. Las divulgaciones adicionales están en el papel. Los investigadores hicieron que tanto los datos utilizados en el estudio como el código del software estuvieran disponibles en línea. Los detalles de acceso están en el estudio.

Fiolka es miembro del Centro Oncológico Integral Harold C. Simmons. Visite el laboratorio de Fiolka aquí.

Acerca de UT Southwestern Medical Center

UT Southwestern, uno de los principales centros médicos académicos de la nación, integra investigación biomédica pionera con atención y educación clínicas excepcionales. La institución y el cuerpo docente de rsquos han recibido seis premios Nobel e incluye a 24 miembros de la Academia Nacional de Ciencias, 16 miembros de la Academia Nacional de Medicina y 13 investigadores del Instituto Médico Howard Hughes. La facultad de tiempo completo de más de 2.800 es responsable de los avances médicos innovadores y está comprometida a traducir rápidamente la investigación impulsada por la ciencia en nuevos tratamientos clínicos. Los médicos de UT Southwestern brindan atención en aproximadamente 80 especialidades a más de 117,000 pacientes hospitalizados, más de 360,000 casos en salas de emergencia y supervisan casi 3 millones de visitas ambulatorias al año.


Enfoque multidisciplinario

Estos avances han sido el resultado de contribuciones de científicos en muchos campos diferentes. Los físicos han proporcionado gran parte de la tecnología, como los detectores de electrones avanzados que aumentaron la velocidad y la sensibilidad de los dispositivos crio-EM modernos. Los químicos han desarrollado sondas fluorescentes más brillantes que iluminan los objetivos durante más tiempo. Los estadísticos y los informáticos han mejorado las técnicas de procesamiento y análisis de imágenes. "La aceleración en la obtención de imágenes se ha producido a través de esta increíble sinergia", dice Jennifer Lippincott-Schwartz, bióloga celular del campus de investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes en Ashburn, Virginia, que ayudó a sentar las bases para el desarrollo de la superresolución microscopía con trabajo durante la década de 1990 sobre el uso de proteínas fluorescentes verdes para visualizar las vías de tráfico celular en células vivas 2.

Se han realizado muchos avances utilizando estas herramientas de microscopía. Lippincott-Schwartz y sus colegas, por ejemplo, utilizaron una forma de microscopía de fluorescencia de hoja de luz con microscopía confocal para capturar imágenes en color 3D de las interacciones entre diferentes tipos de orgánulos. "Pudimos trazar un mapa de las relaciones entre seis tipos de orgánulos, qué tan rápido se movían y los contactos que hicieron entre sí", dice Lippincott-Schwartz, cuyo artículo 3 se publicó en Naturaleza en 2017. "Eso es importante si desea comprender la comunicación cruzada entre orgánulos, que es uno de los grandes intereses entre los biólogos celulares en este momento".

Jennifer Lippincott-Schwartz demuestra un microscopio capaz de obtener imágenes de superresolución. Crédito: Matt Staley

La creciente disponibilidad de estas técnicas avanzadas presenta oportunidades para los biólogos celulares que inician su carrera. Lo más obvio es que aumenta la cantidad de procesos que los biólogos celulares pueden investigar. “Estas técnicas abren enormes perspectivas para los tipos de preguntas que podemos responder”, dice Lippincott-Schwartz. El biólogo estructural David Barford en el Laboratorio de Biología Molecular MRC en Cambridge, Reino Unido, ha utilizado crio-EM para avanzar en la comprensión de algunos de los mecanismos celulares involucrados en la mitosis 4, un tipo de división celular que da como resultado la formación de dos células hijas con los mismos cromosomas que la célula madre. "Para los científicos académicos, la capacidad de determinar estructuras a resolución atómica con crioscopía electrónica puede ser muy importante en el diseño de nuevos experimentos y la prueba de hipótesis biológicas", dice.

Barford agrega que los beneficios potenciales para los investigadores de carrera temprana de adquirir una comprensión profunda de las últimas técnicas de imagen podrían extenderse más allá de las preguntas de investigación inmediata que buscan responder. “Las compañías farmacéuticas se están volviendo muy interesadas en la crio-microscopía electrónica como un medio para determinar las estructuras de las proteínas y los objetivos de los medicamentos, por lo que pasar a ella podría ser una muy buena elección de carrera”, dice. Barford también cree que estas técnicas se volverán más importantes y superarán a las técnicas más antiguas utilizadas por los biólogos. "Probablemente sustituirá a la cristalografía en el mercado laboral".

Es imposible dominar el uso de todas o incluso muchas de las últimas herramientas de imágenes. Los biólogos celulares que se inician en su carrera y que buscan utilizarlos deben decidir si especializarse en una técnica en particular o identificar colaboradores que puedan hacerlo por ellos (ver "Reuniones de mentes" para algunas de las conferencias populares en biología celular). Ridley, que estudia el papel de la migración celular en la progresión del cáncer, aconseja a quienes realizan doctorados que aprovechen cualquier oportunidad que tengan a su disposición para conocer las diferentes técnicas. “Recomendaría a cualquier persona que esté haciendo un programa de doctorado con la opción de realizar rotaciones en diferentes laboratorios y adquirir experiencia en diferentes áreas de imágenes para hacerlo”, dice ella. "Incluso si no se convierte en un experto en microscopía electrónica, por ejemplo, trabajar en esa área durante un par de meses le permitirá comprender lo que puede y no puede hacer". Barford agrega que los investigadores que dejan que los colaboradores hagan sus imágenes por ellos corren el riesgo de quedarse atrás de otras maneras. "Si te conviertes en un usuario en lugar de un desarrollador, limita tu potencial futuro para contribuir al campo mediante el desarrollo y el avance de la tecnología".

Reuniones de mentes

Delegados en la reunión conjunta de la Sociedad Estadounidense de Biología Celular y la Organización Europea de Biología Molecular en 2018. Crédito: Paul Sakuma Photography

Los simposios y conferencias son buenos para obtener actualizaciones y descripciones generales de un campo.

Los investigadores a menudo tienen que elegir entre asistir a reuniones amplias o especializadas. Para aquellos que buscan una descripción general del estado del campo, la reunión conjunta de la Sociedad Estadounidense de Biología Celular y la Organización Europea de Biología Molecular es, con mucho, la reunión anual más grande de biólogos celulares del mundo. Se espera que unas 6.000 personas asistan a la de este año, en Washington DC, del 7 al 11 de diciembre. Los temas que se cubrirán serán de amplio alcance, incluidos temas emergentes como organismos modelo no convencionales, modelado computacional y biología sintética.

Bruce Stillman, presidente y director ejecutivo del Laboratorio Cold Spring Harbor en Nueva York, dará la conferencia principal sobre su trabajo sobre la duplicación de cromosomas en las células. Habrá una variedad de simposios, talleres, sesiones de carteles y sesiones de interés especial. El día antes de la reunión principal, habrá un día completo de sesiones sobre carreras y desarrollo profesional para académicos, y un mini curso de biotecnología de un día, en el que los asistentes podrán aprender cómo los descubrimientos científicos se convierten en empresas de biociencias. Otras sesiones cubrirán carreras en defensa de la ciencia sin fines de lucro, política científica, divulgación, gestión de infraestructura científica e investigación basada en bancos en la industria.

Hay muchas otras opciones para los investigadores que desean profundizar en una rama particular de la disciplina. Un simposio llamado Ver para creer, por ejemplo, reúne a los desarrolladores de técnicas de imagen de vanguardia con quienes las aplican en el laboratorio. Esta reunión atrajo a unos 400 participantes cuando se celebró por última vez, en el Laboratorio Europeo de Biología Molecular en Heidelberg, Alemania, en octubre de este año. Presentó sesiones sobre las últimas herramientas y métodos que transforman las habilidades de los investigadores para visualizar proteínas, complejos de proteínas, orgánulos, células, tejidos, órganos y organismos completos.

Uno de los atractivos de la imagenología para Lippincott-Schwartz es su pureza como método empírico para adquirir conocimiento. “Cuando se toman imágenes, primero se observan, luego se generan hipótesis y luego se diseñan enfoques para probarlas. Es la vía perfecta para cumplir con el método científico ". Agrega que la proliferación de herramientas avanzadas ha hecho que la microscopía sea aún más atractiva como foco para los biólogos celulares. “Puede hacer que la imagen sea una dirección muy creativa”, dice.

Naturaleza 575, S91-S94 (2019)

Este artículo es parte de Nature Career Guide: Cell biology, un suplemento editorialmente independiente. Los anunciantes no tienen influencia sobre el contenido.


Ver el vídeo: Biologia 3er año Modulo 2 - La teoria celular y el microscopio (Agosto 2022).