Клетка под электронным микроскопом

Цитология, наука о биологических клетках, так же стара, как микроскоп, - ее начало можно усмотреть в работах Роберта Гука и Антона ван Левенгука еще в XVII в. Многие важные детали клеточной структуры лежат, однако, за пределами разрешающей способности лучших оптических микроскопов; поэтому их удалось увидеть лишь триста лет спустя, с появлением электронного микроскопа. О приведенной здесь фотографии известный биолог Джордж Паладе как-то сказал, что она "знаменует начало эры электронной микроскопии в биологии клетки".

Эта электронная микрофотография клетки куриного эмбриона была сделана в Лаборатории патологии Рокфеллеровского института в Нью-Йорке; Кит Портер, Альберт Клод и Эрнест Фуллем получили ее всего через десять лет после изобретения электронного микроскопа. Разумеется, биологи не впервые за эти десять лет пытались исследовать тканевые препараты под электронным микроскопом; однако все предшествующие попытки заканчивались неудачей: причиной того были разрушение образца электронным пучком, сложность получения достаточно тонких срезов или нестойкость применяемого консерванта. Усовершенствовав традиционную процедуру приготовления препарата, американские исследователи покрывали стеклянную пластинку, на которой выращивалась культура, тонкой поливиниловой пленкой "формвар", что значительно облегчало перенесение культуры со стекла на металлическую сетку электронного микроскопа. Фиксирование препарата осуществлялось в течение 45 мин в парах 2-процентного раствора четырехокиси осмия ОsО₄. Затем препарат в течение получаса промывался в дистиллированной воде.

Здесь воспроизведен знаменитый монтаж из пяти электронных микрофотографий клетки, взятой из переднего отдела кишечника куриного эмбриона. Следует заметить, что оптический микроскоп также позволяет разглядеть, хотя и не так отчетливо, некоторые элементы клетки: ядро (крупное черное пятно, которое выглядит размытым из-за большой толщины препарата), нервные волокна (три неровные ветви, пересекающие фотографию), темные тельца Гольджи и нитевидные митохондрии, ответственные за дыхание (рядом с ядром). Вместе с тем на электронной фотографии видны детали, неразличимые в обычный микроскоп: зернистая структура, обусловленная мелкими частицами, и кружевная сетка, названная эндоплазматической сетью.

Обе эти детали заслуживают особого внимания. Мелкие частицы были сразу отождествлены с микросомами, которые незадолго до этого Клод выделил из других препаратов куриного, эмбриона. Микросомы Клода в действительности оказались рибосомами - частицами, содержащими РНК, в которых происходит синтез белка. (Их роль в передаче генетического кода была установлена намного позднее.) Но на самом деле рибосомы - это не мелкие частицы, а "пузырьки" в эндоплазматической сети.

Эндоплазматическая сеть, встречающаяся как в растительных, так и в животных клетках, представляет собой сеть трубочек и мешочков, по которой осуществляется транспорт белков и липидов внутри клетки. Тонкость этого "изящного кружева, пронизывающего цитоплазму", несколько насторожила Клода, который высказал даже предположение, что она, возможно, была создана искусственно в процессе приготовления препарата. Структура, однако, оказалась подлинной.

Подводя итог, Портер, Клод и Фуллем писали в своей статье: "Детали очертаний клетки... видимые в электронный микроскоп, более подробны, чем под оптическим микроскопом. Отчасти это следствие более высокой разрешающей способности электронного микроскопа... Важно и то, что препараты клетки достаточно тонки, чтобы обеспечить дифференцированное прохождение электронов без многократного рассеяния (исключая область ядра), что приводит к хорошему разрешению элементов клетки". Четверть века спустя Паладе отметил и другие факторы: "Теперь ясно, что высокое качество микрофотографии... высокая контрастность и четкость изучаемых структур были результатом одновременно фиксирующего и подкрашивающего действия ОsО₄ на клеточные мембраны, а также большой продолжительности фиксирования и последующей промывки". Действительно, приготовленный таким образом препарат впервые позволил осуществить электронную микроскопию тончайшего среза клетки.

6 июля 1944 г. Рокфеллеровский институт медицинских исследований, Нью-Йорк К. Портер, А. Клод, Э. Фуллем Электронный микроскоп фирмы RCA, модель В; фиксация образца в ОsО₄ 'Истмен-Кодак 548-G'. К. Портер, Колорадский университет, Боулдер, США [95, 224, 229]