Одна з проблем сучасної біології - як відстежити/відобразити об'єкти, які постійно перебувають у русі. З цією ж проблемою стикається будь-який батько, коли намагається сфотографувати маленьку дитину: то фото розмазалося, то поплив фокус, то не вистачає контрастності. Звичайно, в біології існує цілий ряд інструментів, як домогтися фіксації тих чи інших біологічних об'єктів. Наприклад, мушок можна «приспати» холодом, клітини «загальмувати» за допомогою хімічних речовин. Але що робити, якщо експеримент полягає в спостереженні за зростанням коренів рослини, які постійно подовжуються і звиваються. Щоб отримати одну лише серію фотографій можуть піти дні і навіть тижні копіткої постійної підбудови мікроскопа. На виручку вченим приходять системи розпізнавання і автоматичної корекції зображення!
За мікроскопічними подробицями життя рослин ласкаво просимо під кат.
Група вчених з австрійського інституту науки і технологій у Відні створила конфокальний мікроскоп, який автоматично відстежує напрямок росту коріння і зрушує зразок, щоб кінчик кореня завжди залишився в центрі кадру. При цьому сам мікроскоп за допомогою лазера може збуджувати флуоресцентний барвник всередині біологічних зразків, що підвищує контрастність зображення і допомагає відстежити найкрихітніші деталі.
Схема мікроскопа та основні принципи детектування зображення
Принцип роботи досить простий: два останніх отриманих зображення обробляються, обчислюється напрямок і швидкість росту коренів, а мікроскоп відповідно підлаштовується під ці параметри. Далі відбувається післяйне сканування цієї окремої ділянки для побудови карти в 3D. Потім вибирається одне з зображення максимальною інтенсивністю в області, що цікавить (ROI), і проводиться усереднення.
Цикл роботи TipTracker у деталях
Автори статті також досліджували, як гравітація (якщо бути більш точною, її зміна по відношенню до зростаючим корінням) впливає на напрямок зростання коренів. Досягається це поворотом всієї рослини на 90 градусів у спеціально утримувачі. Хочеться вірити, що дані дослідження в один прекрасний день проллють світло на те, як правильно вирощувати рослини в умовах космосу при мікрогравітації.
Наочна демонстрація того, як гравітація впливає на напрямок зростання коренів рослини
А вишенькою на торті даного дослідження стало пряме спостереження за групою клітин, яка знаходиться в русі всередині ембріона рибок даніо (zebrafish). Останнє відмінно продемонстровано на відео, змонтованому для сайту Science Magazine:
Вчені виклали у відкритий доступ створену програму TipTracker, написану на MatLab, так що тепер і інші дослідницькі групи зможуть долучитися до спостереження за мікроміром рослин і не тільки.
Новинна стаття опублікована в Science Magazine, оригінальна стаття «Live Tracking Of Moving Samples In Confocal Microscopy For Vertically Grown Plant Roots» доступна на bioRxiv.org для безкоштовного скачування.
PS: Не забудьте підписатися на блог: Вам не складно - мені приємно! І так, про помічені в тексті недоліки прохання писати в ЛС.
Іноді коротко, а іноді не дуже про новини науки і технологій можна почитати на моєму Телеграм-каналі - милості просимо;)
