Ученые КФУ рассмотрели нематоду под атомно-силовым микроскопом

Научные сотрудники НИЛ Бионанотехнологии (руководитель - д.б.н. Равиль Фахруллин) ИФМиБ Казанского федерального университета с помощью атомно-силовой спектроскопии получили качественные 3D-изображения поверхности кутикулы почвенной нематоды. Исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда (РНФ), его результаты опубликованы в журнале Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine.

Почвенные нематоды Caenorhabditis elegans – круглые черви, настолько маленькие, что их можно разглядеть только через микроскоп. Снаружи черви покрыты многослойной кутикулой – своеобразным наружным скелетом, создающим опору для соматической мускулатуры нематод. Они широко используются в качестве модельного организма в исследованиях по генетике, нейрофизиологии, биологии развития, вычислительной биологии. Изучение поверхности кутикулы нематод в будущем даст возможность получать достоверные результаты различных исследований, в том числе в токсикологии и для скрининга лекарственных средств.

Исследователи из КФУ предложили новый способ визуализации поверхности почвенной нематоды Caenorhabditis elegans на основе метода AСM-режима PeakForce Tapping, который по сравнению с традиционными методами (сканирующей электронной микроскопией (СЭМ) и трансмиссионной (просвечивающей) электронной микроскопией (ТЭМ)) дает представление о механических свойствах поверхности (упругость, жесткость, адгезия). Принцип работы атомно-силового микроскопа основан на регистрации силового взаимодействия между поверхностью исследуемого образца и зондом. Если размеры этого зонда очень малы, то с наноразмерным разрешением можно изучить все морфологические особенности поверхности.

Фото: Fakhrullina et al. / Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2017

«До начала экспериментов с помощью атомно-силовой микроскопии мы получили показательные СЭМ-изображения нематод, следуя традиционным подходам визуализации. К сожалению, пробоподготовка СЭМ не всегда позволяет полностью сохранить целостность тела червя и необратимо меняет механические характеристики поверхности кутикулы», — пояснила необходимость разработки нового метода научный сотрудник Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Фарида Ахатова.

Поверхность кутикулы была проанализирована в разных средах: в воздухе и в воде. АСМ-изображения в воздухе позволили с нанометровым разрешением визуализировать основные области тела нематоды, в то время как водная фаза формирования изображения была применена для точной морфологической характеристики кутикулы.

«АСМ-изображения с высоким разрешением в воздухе наглядно демонстрируют типичные морфологические признаки эпикутикулы (кольца, борозды крыловидные структуры, сенсорные бугорки), характерные для нематод C. elegans. Но при увеличенном сканировании тела мы наблюдали неровности, которые появляются на гладкой поверхности нематод из-за обезвоживания образца, что также может повлиять на количественную оценку особенностей поверхности, — рассказала Фарида Ахатова. — В данной работе мы впервые показываем АСМ-визуализацию нематод C. elegans, полностью погруженных в воду. Хотя почти все уже известно об анатомии поверхности C. elegans, так как этот вид является хорошо изученным, есть несколько особенностей, которые не были известны до сих пор».