Бактерии, клетки крови и ДНК под микроскопом

Бактерии под микроскопом

Рисунок: Бактериальная клетка под микроскопом A; грамотрицательные B; грамположительные бактерии. 

Основные характеристики бактерий

Бактерии — одноклеточные прокариоты, и в отличие от эукариот, у них отсутствует ядерная мембрана, заключающая генетический материал. Это довольно простые организмы на уровне структуры: их органеллы не обладают мембранами. Средний размер бактерий варьируется в диапазоне от 0,5 до 5 мкм, что делает их микроскопическими.

Диагностика и изучение

Из-за микроскопических размеров и разнообразия форм и размеров, бактерии трудно наблюдать без специальной подготовки. Из их естественного источника их сложно изучать, и потому для диагностики и исследования их культивируют в лабораторных условиях.

Поскольку бактерии обычно прозрачны, бесцветны и невидимы на фоне других частиц, исследователи применяют методы окрашивания. Эти методы не только делают бактерии видимыми под микроскопом, но и позволяют классифицировать их по различным категориям.

Методы окрашивания

Различные процедуры окрашивания позволяют получить детализированную картину структуры бактерий. Некоторые методы выделяют бактерии в отдельные группы, основываясь на результатах окрашивания, что позволяет дифференцировать и классифицировать их.

Простое окрашивание

Описание метода: Простое окрашивание — это метод, позволяющий детализированно наблюдать бактерии. Благодаря ему все бактерии приобретают ярко выраженный цвет.

Особенности наблюдения:

• Бактерии классифицируются по форме: кокки, бациллы, спириллы и другие.
• Визуально можно отметить цепочки бактерий, структуры похожие на гроздья винограда или индивидуальные бактерии.
• С помощью мощного микроскопа можно изучить внутренние клеточные компоненты.
• Отдельное окрашивание необходимо для детализации клеточных органелл.

Окрашивание по Граму

Описание метода: Этот метод окрашивания разделяет бактерии на две основные группы на основе свойств их клеточных стенок.

Особенности наблюдения:

• Грамположительные бактерии приобретают фиолетовый цвет, в то время как грамотрицательные — красный.
• Окрашивание позволяет судить о толщине клеточной стенки бактерий.
• Используя сканирующий просвечивающий электронный микроскоп, можно детально изучить клеточные органеллы.
• Ядро бактерии часто представляет собой крупное черное пятно в центре клетки, не окруженное мембраной.
• Окрашенная цитоплазма выделяет другие структуры, такие как мелкие точки или нитевидные образования.

Кровь под микроскопом

Кровь представляет собой жизненно важную соединительную ткань, функционирующую в организмах для транспортировки жизненно-важных веществ, таких как кислород, питательные вещества и углекислый газ. Она содержит плазму — жидкую составляющую, а также различные клетки, циркулирующие в кровеносной системе.

В состав крови входят не только клетки, но и многие другие молекулы, включая глюкозу и белки, необходимые для ее нормального функционирования. Гемоглобин придает крови ее характерный красный цвет.

При микроскопическом исследовании на увеличении в 40 раз видна плазма, составляющая примерно половину объема крови. Также видны всплывающие клетки. На большем увеличении, не менее 100X, становятся различимы эритроциты и лейкоциты. Эритроциты не имеют ядра и меньше по размеру, в то время как лейкоциты — крупные клетки с темным ядерным пятном.

При увеличении до 400X можно наблюдать укладывание эритроцитов друг на друга и гранулы внутри лейкоцитов. Тромбоциты также обнаруживаются в этом масштабе как мелкие точки, расположенные между другими клетками крови.

При использовании электронного микроскопа возможно детальное изучение других элементов крови, превосходя простое наблюдение за плазмой и клетками.

Клетки крови под микроскопом

Рисунок: Клетки крови под микроскопом.

Основные типы клеток в человеческой крови включают эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.

Большинство кровяных клеток представлено эритроцитами, которые благодаря содержанию гемоглобина приобретают красный цвет. Их главная функция - перенос кислорода из легких к тканям и органам. Процесс формирования эритроцитов, известный как эритропоэз, происходит в костном мозге.

Лейкоциты, или белые кровяные клетки, служат основной линией защиты организма от инфекций и других внешних воздействий. Они не содержат гемоглобин, что делает их прозрачными.

Тромбоциты - это мелкие клеточные фрагменты, играющие центральную роль в процессе свертывания крови, предотвращая ее избыточное кровотечение при повреждении сосудов.

Эритроциты

Под микроскопом эритроциты выглядят как круглые клетки красного цвета, толстые по периферии и тонкие в центре.

Форма: Эритроциты имеют биконкавную форму, то есть они вогнуты с обеих сторон, что придает им форму двояковогнутого диска. Эта форма обеспечивает максимальную поверхность для обмена газами и позволяет им гибко проходить через узкие капилляры.

Отсутствие ядра: В отличие от большинства других клеток, зрелые эритроциты человека не имеют ядра, что делает их центральную часть более светлой под микроскопом.

Цвет: Под микроскопом эритроциты имеют характерный красный цвет благодаря присутствующему в них гемоглобину. Гемоглобин — это белок, который связывает кислород в легких и переносит его к тканям.

Агрегация: Иногда под микроскопом можно увидеть, что эритроциты склонны собираться в столбики или "монетные столбцы". Это обусловлено их формой и взаимодействием на поверхности.

Размер: Эритроциты обычно имеют диаметр около 7-8 микрометров. На протяжении их жизни, которая в среднем длится 120 дней, они могут немного изменять свой размер и форму.

Неравномерность структуры: В зависимости от состояния и возраста эритроцитов их форма и структура могут варьироваться, что позволяет диагностировать различные патологии и заболевания крови.

 

Лейкоциты

Лейкоциты – это белые кровяные тельца, их меньше в крови, поэтому их не так просто увидеть под микроскопом. Так как они почти прозрачные, их нужно окрасить. После окрашивания мы можем разглядеть их разные виды под микроскопом.

 

Нейтрофилы

 Под микроскопом нейтрофилы выглядят как круглые клетки с темным ядром, разделенным на 2-5 частей. Внутри них есть мелкие частицы и тонкие ниточки, которые связывают эти части ядра.

 

Эозинофилы

• Эти клетки также кажутся сферическими по форме под микроскопом.

• Цитоплазма содержит гранулы вместе с темно окрашенным ядром, состоящим всего из двух долей. Ядро имеет форму подковы.

 

Базофилы

• Базофилы больше по размеру, чем другие лейкоциты, и имеют неправильные ядра внутри сферической клетки.

• Ядро базофила имеет голубоватый цвет, который не так выражен, как у других лейкоцитов.

 

Тучные клетки

• Тучных клеток очень мало, и поэтому их трудно обнаружить; однако они кажутся огромными по сравнению с другими клетками и имеют больше гранул в цитоплазме, чем другие клетки.

 

Лимфоциты

• Лимфоциты - это клетки, которые сравнительно меньше по размеру и под микроскопом кажутся сферическими по форме с минимальной цитоплазмой.

• Ядро большое и круглое, занимающее большую часть объема внутри клетки.

• У них нет никаких гранул в цитоплазме.

Моноциты

• Моноциты кажутся больше лимфоцитов и имеют ядро в форме почки или боба.

• Эти клетки, как и лимфоциты, не имеют гранул в цитоплазме.

• У них больше цитоплазмы, чем у лимфоцитов.

 

ДНК под микроскопом

Рисунок: ТЕМ-изображение с профилем интенсивности и соответствующим расчетом шага БПФ для волокон λ-ДНК. Источник изображения: Nano Lett.

• ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) - это молекула, присутствующая внутри ядра, состоящая из двух полинуклеотидных цепей, намотанных друг на друга, образуя спиральную структуру.

• ДНК присутствует в хромосомах внутри ядра, которое отвечает за контроль всех видов деятельности клетки.

• Структура ДНК была впервые обнаружена с помощью рентгеновской кристаллографии.

• Несмотря на то, что общая длина молекулы ДНК составляет около 2 дюймов, увидеть ДНК с помощью световой микроскопии невозможно, поскольку ДНК присутствует внутри ядра внутри клетки.

• Извлеченную ДНК можно увидеть невооруженным глазом в виде длинной нитевидной структуры.

• Однако можно наблюдать ДНК с помощью микроскопа с высоким разрешением, такого как электронный микроскоп.

 

Наблюдение под сканирующим просвечивающим электронным микроскопом

• Под STEM ДНК можно отличить от других биологических молекул, поскольку она работает в темном поле.

• Этот метод позволяет визуализировать окрашенные нити ДНК внутри клетки.

• Без окрашивания ДНК выглядит как штопорная нить двойной спирали ДНК.

• Обычно с помощью этого метода видны довольно маленькие сегменты ДНК, поскольку электрон разбивает всю ДНК на более короткие нити.

• При криоэлектронной томографии нити ДНК видны в трехмерной структуре, что позволяет визуализировать ДНК под разными углами.

• С помощью этой техники можно даже измерить длину нитей ДНК.