Twee-fotonen-microscoop betrapt plantencel
Leidse natuurkundigen helpen Wageningse plantenonderzoekers bij het onderzoeken van onvoorspelbare plantenembryo's. Ze brengen een twee-fotonen-fluorescentiemicroscoop in stelling, met hulp van een onderzoekssubsidie van ZonMW.
Geen wetenschappelijk instrument zo briljant, of er valt wel iets aan te verbeteren. Neem bijvoorbeeld de fluorescentiemicroscoop, heel handig als je een biochemisch proces in een cel op de voet wilt volgen.
Aan de stoffen in de cel die je bijzonder interesseren, koppel je een speciaal fluorescerend eiwit uit lichtgevende kwallen: green fluorescent protein, beter bekend als GFP. Als je daar groen licht op schijnt, gaan ze fluoresceren. Dat komt doordat elektronen in het eiwitmolecuul in een iets hoger energieniveau terechtkomen, om meteen weer terug te vallen. Daarbij zenden ze groen licht uit met een iets grotere golflengte dan het oorspronkelijke invallende licht. Door dat terugkomende licht in beeld te brengen is precies te zien waar het GFP in de cel zit, en dus ook het interessante molecuul waaraan dat gekoppeld is.
Voor verbetering vatbaar
Slim, maar uiteraard voor verbetering vatbaar, legt Leids natuurkundige John van Noort uit: 'Wij beschijnen de cellen niet met groen licht, maar met infrarood licht'. De energie van één groen foton die nodig is om het elektron naar het hogere energieniveau te brengen kan ook worden geleverd door twee infrarood-lichtdeeltjes die tegelijkertijd geabsorbeerd worden.
Twee fotonen
Die twee-fotonen-techniek heeft een aantal voordelen, legt Van Noort uit. Infrarood licht dringt dieper in weefsels door, zodat je dieper kunt kijken. Ook is de resolutie hoger: in het focus van de infrarood-laserbundel is er maar een klein volume waar er genoeg fotonen zijn voor de twee-fotonen-excitatie.
Het levert dan ook heel andere beelden op dan 'gewone' fluorescentiemicroscopie, merkten de onderzoekers toen ze plantencellen bekeken. Alleen op de twee-fotonenopnames is te zien hoe het eiwit LEC-1 in kleine blaasjes zit rond de celkern van een plantencel van Brassica napus (koolzaad).
Plantenembryo
Dat is interessant in verband met het ontwikkelen van plantenembryo's uit volwassen planten. 'Onder invloed van specifieke chemische stoffen kunnen volwassen plantencellen terug veranderen tot plantenembryo's', legt Van Noort uit.
Het eiwit LEC-1 is een van de eerste merkers die laten zien dat deze verandering heeft plaatsgevonden. Zulke embryo's zijn voor plantenhandelaren een gangbare methode om planten te vermeerderen. Maar helemaal begrepen is het proces nog niet. 'Voor de ene cel werkt het wel, voor de andere niet.'
Samen met onderzoeker Kim Boutilier van Wageningen University & Research en plantenveredelingsbedrijf KWS Saat gaan de Leidse natuurkundigen verder uitpluizen hoe dit zit, dankzij een onderzoekssubsidie van 30 duizend euro van ZonMW. Op deze manier maken we de microscopie-infrastructuur in het Leidse Cell Observatory beschikbaar voor onderzoekers in het hele land, legt Van Noort uit. 'Wij hebben de microscoop, zijn hebben het onderzoeksprobleem.'