Mennyit nyom egy élesztősejt vagy egy E.coli baktérium? Ami a hétköznapi embernek tulajdonképpen csak érdekesség, a biológusok számára fontos kérdés. És bár a mérés maga lehetetlennek tűnik, a válasz mégis megszületett: az élesztősejt tömege körülbelül 100 pikogramm (egy ilyen sejt milliószor könnyebb, mint egyetlen szem homok), az E.coli pedig még ennek is a századrésze.
De hogyan lehet mérni ennyire parányi tömegeket? Bármilyen meglepő is, az élesztősejtek tömegének mérése már közel 70 évvel ezelőtt, precíziós műszerek nélkül megtörtént. Az Illinois Egyetem két biológusa egy rendkívül egyszerű, mégis zseniális ötlettel mérte meg az élesztősejtek tömegét: cukros vízben „lefilmezték”, hogyan süllyednek a mikroszkóp alatt. Az esés sebességéből, a folyadék viszkozitásából és a Stokes-törvényből kiszámolták a tömeget. (Ez a törvény azt írja le, hogy ha ismerjük egy folyadékban lesüllyedő gömb méretét, a folyadék viszkozitását és az esés sebességét, kiszámítható a gömb tömege.)
A biológusok átlagosan 79 pikogrammot számoltak ki így, és nem is tévedtek nagyot, a későbbi, jóval fejlettebb eszközökkel végzett mérések ugyanis 100 pikogramm körüli értéket mutattak.
De nem ez volt az első ilyen bravúr: jóval korábban, 1890-ben Lord Rayleigh úgy számította ki egyetlen olajmolekula tömegét, hogy egy cseppet vízre szórt, és megmérte, milyen vékony lett a film. Becslése kevesebb mint 20 százalékkal tért el a ma elfogadott értéktől.
Vannak azonban bonyolultabb esetek is, ugyanis nem minden sejt gömb alakú. Az E.coli inkább olyan, mint egy pálcika, ha vízbe dobnák, az csak turbulenciát keltene. Tömegének megméréséhez más eljárásra volt tehát szükség. 2010-ben a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) kutatói valami igazán öteletes megoldással rukkoltak ki: egy felfüggesztett mikrocsatorna-rezonátorral. A ZME Science szerint ezt úgy kell elképzelni, mint egy U alakban meghajlított üreges gerendát, amely úgy rezeg, mint egy gitárhúr. Belül egy folyadékcsatorna fut. Amikor egy baktérium áthalad, a nyaláb rezgése egészen kis mértékben eltolódik. Minél nehezebb a sejt, annál nagyobb az eltolódás. A frekvenciaváltozás mérésével a kutatók akár femtogramm pontossággal (ez ezerszer finomabban, mint egy pikogramm) kiszámíthatják a sejt felhajtóerő-tömegét.
Ez a készülék képes egyetlen baktériumot is befogni, és a növekedése során ismételten lemérni. Egy kis E.coli sejt óránként akár 0,06 pikogrammal is növekedhet 37 Celsius-fokon; egy nagyobb ennél gyorsabban, körülbelül 0,14 pikogrammal gyarapodva. Amikor a kutatók 48 sejtet mértek, az átlagos tömeg 0,55 pikogramm volt.
Hasonlóan érdekes mérési eljárást fejlesztettek ki a Bázeli Egyetem biofizikai kutatói. A sejteket, amelyek általában körülbelül két-három nanogramm súlyúak, ellenőrzött körülmények között mérik egy sejtkultúra-kamrában. A mérőkart, egy apró, vékony, átlátszó szilikon konzolt, amely kollagénnel vagy fibronektinnel van bevonva, leeresztik a kamra aljára, ahol megböki és felveszi a sejtet. A mikroszkopikus konzolt egy pulzáló kék lézerrel rezgésbe hozzák a rögzített végén. Egy második, infravörös lézer méri az oszcillációkat a másik végén, ahol a sejt lóg – először a sejt nélkül, majd a sejttel együtt. A sejt tömege a két oszcilláció különbségéből már kiszámítható.
Egy emberi sejt egy konzolhoz van rögzítve svájci kutatók sejtmérési eljárásában
Martin Oeggerli / Universität Basel
Ezek a kísérletek, amelyeket évtizedek választanak el egymástól, ugyanazon szellemben születtek, megmutatták, hogy még a legapróbb élőlények tömege is lemérhető, ha kellően kreatív valaki.
Az pedig, hogy mekkora egy parányi sejt tömege, nemcsak „kíváncsiság” kérdése, az ilyen mérések kulcsfontosságúak. Például a sejtek növekedésének és osztódásának pontos követéséhez, a beteg (daganatos vagy fertőzött) sejtek azonosításához, ahol a tömeg és sűrűség egészen apró változásai is számítanak, illetve biomechanikai modellek és új diagnosztikai eszközök fejlesztéséhez.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.
