На протяжении десятилетий ученые были вынуждены работать с токсичными веществами ради получения четких изображений клеток. Теперь выяснилось, что привычный напиток может заменить опасные химикаты в одной из самых точных научных методик. Обычный эспрессо показал эффективность, сравнимую с признанным "золотым стандартом" электронной микроскопии. Об этом сообщает журнал Methods.
Просвечивающая электронная микроскопия позволяет изучать внутреннее устройство клеток с нанометровой точностью. Однако биологические ткани состоят преимущественно из легких элементов — углерода, кислорода, водорода и азота, которые слабо рассеивают электронный пучок. Без дополнительной обработки такие образцы выглядят практически прозрачными, а различить отдельные структуры становится невозможно, как и в ряде исследований, связанных с визуализацией ультраструктуры клеток.
Чтобы повысить контраст, в микроскопии давно используют соли тяжелых металлов. Самым распространенным веществом остается уранилацетат — соединение на основе урана, хорошо связывающееся с мембранами и белками. Именно он десятилетиями считался эталоном качества окрашивания биологических образцов.
Несмотря на эффективность, уранилацетат имеет серьезные недостатки. Он токсичен для почек, обладает радиоактивными свойствами и требует строгих мер безопасности, специальной вентиляции и сложной утилизации. Во многих странах и научных учреждениях его использование либо сильно ограничено, либо полностью запрещено.
Австрийские ученые обратили внимание на неожиданное явление — осаждение кофейной гущи на стенках чашек. Это наблюдение навело их на мысль, что компоненты кофе способны взаимодействовать с биологическими структурами и, возможно, могут быть использованы для контрастирования в электронной микроскопии.
Для экспериментов исследователи приготовили крепкий эспрессо из зерен робусты. Им окрашивали ультратонкие срезы тканей данио-рерио. В качестве тестового объекта выбрали митохондрии — органеллы с двойной мембраной, которые считаются удобной моделью для оценки качества контраста и часто используются при изучении клеточного энергетического обмена.
Для сравнения те же образцы обрабатывали уранилацетатом и чистой хлорогеновой кислотой — одним из основных биологически активных компонентов кофе. Качество изображений оценивали как визуально, так и с помощью количественного анализа контрастности.
Результаты оказались неожиданно убедительными. Эспрессо обеспечивал высокий уровень контраста, сопоставимый с уранилацетатом, а в отдельных случаях даже превосходил его. Хлорогеновая кислота показала аналогичный эффект, что подтвердило ее ключевую роль в механизме окрашивания.
Авторы работы подчеркивают, что открытие имеет не только научную, но и прикладную ценность. Кофе — доступный и нетоксичный материал, не требующий лицензирования, радиационной защиты или специальной инфраструктуры. Это может значительно упростить работу лабораторий, особенно в странах с жесткими ограничениями на использование опасных веществ.
Кроме того, отказ от токсичных соединений снижает риски для здоровья сотрудников и уменьшает расходы на утилизацию отходов. Исследователи считают, что такой подход может стать основой для пересмотра стандартных протоколов в электронной микроскопии и стимулировать поиск других безопасных альтернатив традиционным красителям.