Vendo o que o olho nu não consegue - 4 leituras essenciais sobre como os cientistas trazem o mundo microscópico à vista de todos

Editor Associado de Saúde e Biomedicina

Professor e Diretor do Programa de Neurociências, Northern Kentucky University

Professor de Biologia Computacional e de Sistemas, Vice-Chanceler Sênior Associado de Estratégia e Planejamento Científico, Universidade de Pittsburgh

Líder do Programa Científico no Gladstone Institutes, Universidade da Califórnia, São Francisco

Professor Associado de Ciências Neurais e Comportamentais, Penn State

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O microscópio é um símbolo icônico das ciências da vida – e por boas razões. Desde a descoberta da existência de células até à estrutura do ADN, a microscopia tem sido uma ferramenta essencial neste campo, revelando novas dimensões do mundo vivo não só para os cientistas, mas também para o público em geral.

Para as ciências da vida, onde a compreensão da função de um ser vivo muitas vezes requer a interpretação da sua forma, a imagem é vital para confirmar teorias e revelar o que ainda é desconhecido.

Esta seleção de histórias do arquivo The Conversation apresenta algumas maneiras pelas quais a microscopia contribuiu para diferentes formas de conhecimento científico, incluindo técnicas que levam a visualização além da visão.

Ao longo dos últimos séculos, o microscópio passou por uma evolução gradual, mas significativa. Cada avanço permitiu aos investigadores ver estruturas e biomoléculas cada vez mais pequenas e mais frágeis com uma resolução cada vez mais elevada – desde as células, às estruturas dentro das células, às estruturas dentro das estruturas dentro das células, até aos átomos.

Mas ainda existe uma lacuna de resolução entre as menores e maiores estruturas da célula. O biofísico Jeremy Berg fez uma analogia com o Google Maps: embora os cientistas pudessem ver a cidade como um todo e as casas individuais, eles não conseguiam distinguir os bairros.

“Ver esses detalhes no nível da vizinhança é essencial para entender como os componentes individuais funcionam juntos no ambiente de uma célula”, escreve ele.

Os cientistas estão trabalhando para preencher essa lacuna de resolução. As melhorias na microscopia de superresolução ganhadora do Prêmio Nobel de 2014, por exemplo, aprimoraram o estudo de processos demorados, como a divisão celular, capturando imagens em uma variedade de tamanhos e escalas de tempo simultaneamente, trazendo clareza aos detalhes que os microscópios tradicionais tendem a desfocar.

Outra técnica, a microscopia crioeletrônica, ou crio-EM, ganhou o Prêmio Nobel em 2017 por trazer à vista moléculas ainda mais complexas e dinâmicas, por meio de seu congelamento instantâneo. Isso cria uma concha protetora semelhante a vidro em torno das amostras enquanto elas são bombardeadas por um feixe de elétrons para criar sua oportunidade fotográfica. Cryo-ET, um tipo especializado de crio-EM, pode construir imagens 3D de estruturas moleculares em seus ambientes naturais.

Essas técnicas não apenas geram imagens com resolução atômica próxima ou próxima, mas também preservam a forma natural de biomoléculas de interesse difíceis de capturar. Os pesquisadores conseguiram usar o crio-EM, por exemplo, para capturar a estrutura indescritível da proteína na superfície do vírus da hepatite C, que muda de forma, fornecendo informações importantes para uma futura vacina.

Outras melhorias na acuidade visual da ciência revelarão mais detalhes dos blocos de construção da vida.

“Prevejo ver novas teorias sobre como entendemos as células, passando de sacos desorganizados de moléculas para sistemas intrinsecamente organizados e dinâmicos”, escreve Berg.

Leia mais: Visualizar o interior das células em resoluções antes impossíveis fornece insights vívidos sobre como elas funcionam

As imagens microscópicas são frequentemente enquadradas como instantâneos – partes circunscritas de um todo que foram ampliadas para revelar suas características ocultas. Mas nada num organismo funciona isoladamente. Depois de discernir os componentes individuais, os cientistas têm a tarefa de mapear como eles interagem entre si no macrossistema do corpo. Descobrir isto requer não só identificar cada componente que constitui uma determinada célula, tecido e órgão, mas também colocá-los em relação uns aos outros – por outras palavras, fazer um mapa.