Какие методы используют для изучения клеток

Исследование строения клетки

К основным методам исследования относятся микроскопические и электромикроскопические. Они делают возможным изучение объекта на разных уровнях: от макромолекулярного до клеточного.

С развитием цитологии появилось несколько дополнительных способов, позволяющих определить атомную структуру, свойства отдельных органоидов, принципы распределения нуклеиновых кислот, витаминов, жиров.

К ним относятся:

1. Использование флуоресценции — подсвечивания клеточных компонентов под микроскопом.
2. Применение авторадиографии.
3. Разделение органоидов клетки при помощи центрифугирования.
4. Электрофорез.
5. Введение цветных реактивов, позволяющих делать выводы о свойствах клеточных компонентов по степени окрашивания.

Еще один современный способ — хроматография. Он основан на разнице молекулярной массы различных веществ: во время исследования засекается время прохождения каждого из них через тончайший слой фильтровальной бумаги. На этой основе делается вывод о характеристиках клеточных составляющих.

Какие средства используются для изучения

В качестве средств цитологи используют все достижения современной науки. В ход идут мощные увеличительные приборы, сканеры, флюоресцентные вещества, моментальная заморозка, электрофорез, искусственно созданные питательные среды.

Морфофункциональные методы

Морфофункциональное направление в области исследования клетки в последние десятилетия считалось одним из самых перспективных. Появилось много новых вариантов количественного и качественного анализа клеточных структур. И даже возник новый раздел науки — молекулярная биология, внесшая ясность во многие процессы, упорядочившая знания о закономерностях организации клетки.

В качестве средств в этой группе выступают сканирующие устройства, электронные микроскопы, химические составы, сыворотки, радиоактивные вещества.

Электронная микроскопия

Этот метод имеет несколько модификаций, особенности которых обусловлены разными подходами к исследованию. Для изучения органоидов ядра, цитоплазматического аппарата, а также структур надмолекулярного уровня используют обычные трансмиссионные микроскопы.

Анализ целых распластанных клеток выполняют при помощи аппаратов высоковольтной электронной микроскопии. Обладая большей энергией светового пучка, по сравнению с обычным микроскопом, такой аппарат дает возможность изучать толстые плотные срезы.

Для формирования представления об объемной структуре биологи предпочитают использовать сканирующие электронные микроскопы. Подобное оборудование также используется при оценке функций поверхностного аппарата клетки, определении взаимосвязи отдельных субсистем.

Метод замораживания-скалывания

Реализация этого вида исследования основана на моментальной остановке всех метаболических процессов посредством помещения объекта в среду жидкого азота. Произведя заморозку, ученые делают сколы, накладывают на них металлическую пленку и получают реплики сделанных сколов. В дальнейшем пленки изучаются под электронными микроскопами.

Плюс способа в том, что в 90% случаев сколы проходят гидрофобной фазе мембраны, а значит, появляется возможность изучить интегральные белки мембраны, определить их точное количество.

Авторадиография

Главным средством здесь являются изотопные индикаторы. Ими маркируют нужные молекулы, а затем на срез клетки накладывают чувствительный к радиоактивному излучению фотоматериал.

В результате на этом материале появляются затемненные места. Содержащиеся в объекте радиоактивные компоненты сами себя фотографируют — именно с учетом этого принципа было выбрано название метода.

Цитохимический метод

Для проведения цитохимического исследования необходимы специальные приборы, умеющие проводить количественную цитоспектрофотометрию. Этот способ дает возможность определить количество белка, содержание ДНК или РНК, уточнить локализацию интересующих элементов.

Иммуноцитохимический метод

С помощью иммуноцитохимии проводят качественный анализ белков в масштабах целостной клеточной системы. Средством получения результата служат флюоресцирующие красители. Подсвечивая антитела, выработанные организмом к одному из белков, они обеспечивают возможность досконально изучить подконтрольную структуру.

Экспериментальные методы изучения клетки

Любой экспериментальный метод основан на применении внешнего воздействия. Изменяя окружающие условия, ученые отслеживают изменения состоянии целой клетки или ее отдельных компонентов.

Средства, используемые для реализации экспериментальных методов, подразделяют на две группы:

1. Средства комплексного воздействия, изменяющие метаболизм клетки в целом. В их роли могут выступать температура, уровень pH, осмотическое давление.
2. Агенты точечного влияния, блокирующие или разрушающие отдельные звенья. Они могут разобщать дыхание, ингибировать транскрипцию, останавливать синтез белка.

В последние годы ученые все чаще прибегают к построению экспериментальных моделей, принудительно вживляя в исследуемый объект чужеродные элементы, производя замену ядра, выделяя отдельные структуры и заставляя их работать вне клетки.

Сравнительно-цитологический метод изучения клетки

Суть заключается в сравнении и выявлении общих закономерностей клеточной организации различных живых организмов. Его основное назначение — выявление родственных отношений между различными видами клеток, отслеживание становления клеточных систем, механизмов интеграции.

Физико-химические методы исследования клеток

Особенности физико-химических исследований позволяют применять их для определения вязкости, поверхностного натяжения, эластичности, проницаемости клетки, исследования ее чувствительности к внешним воздействиям.

Метод меченых атомов

Этим способом уточняют места протекания каких-либо биохимических процессов в пределах клетки. Заменив радиоактивными изотопами один или несколько атомов клеточного элемента, наблюдают за его перемещениями, определяют локацию, следят за превращениями. В качестве основных средств здесь выступают изотопы углерода, фосфора, водорода.

Электрофорез

Способ воздействия электрофорезом основан на свойствах электрического тока, способного разделять смеси веществ. Обеспечив такое разделение, можно определить на только качественный, но и количественный состав клеточных компонентов.

Методы разделения клеток и их культивирования

К этой группе исследований проявляют повышенное внимание как медики, так и специалисты, занимающиеся разведением сельскохозяйственных культур. Причина проста: подобные способы позволяют изучить закономерности дифференцировки, трансформации, старения, адаптации, научиться изменять их. А значит, появляется возможность протестировать вакцину или новый лечебный препарат, вырастить ткань или орган, создать новую культуру.

Метод культуры клеток и тканей

Большинство способов изучения предполагает уничтожение клетки, разрушение структуры, выделение отдельных компонентов. Этот же способ, напротив, разработан для работы с живыми объектами. Для исследования интересующих направлений жизнедеятельности клетки инкубируют в специальные питательные среды, а затем выращивают из них ткани или многоклеточные организмы.

Из-за отсутствия регуляторного воздействия организма такой подход не позволяет воссоздать условия полноценной жизни. Но дает возможность отследить рост, движение, деление клеток, изучить их подверженность влиянию физических, химических факторов, получить гибриды.

Метод рекомбинантных ДНК

Этот метод относится к наработкам генной инженерии. Состоит в том, чтобы изъять из клетки ДНК, вживить в структурную основу вируса или бактерии, и тем самым получить возможность исследовать механизмы наследственности, процессы мутации. Практической целью экспериментов с ДНК является модификация генома организма, придание ему нужных признаков.