Электронные микроскопы позволяют рассматривать внутреннее устройство клеток с разрешением в нанометры — то есть, в тысячи раз детальнее, чем обычные световые приборы. Однако здесь возникает проблема: живые ткани состоят преимущественно из легких элементов — углерода, водорода, кислорода и азота, — которые почти не взаимодействуют с электронным лучом. Изображение получается блеклым, и разглядеть структуры клетки невозможно.
Десятилетиями эту проблему решали с помощью тяжелых металлов. «Золотым стандартом» считается уранилацетат — соль урана, которая превосходно связывается с клеточными мембранами и белками, создавая четкий контраст. Но у этого вещества серьезные недостатки: оно токсично для почек, радиоактивно, требует строгих мер безопасности, дорогой утилизации и специальных разрешений для применения. Некоторым лабораториям его даже хранить запрещено, не говоря уже об использовании.
Идея использовать кофе пришла к Клаудии Майрхофер, специалисту по ультрамикротомии из Центра электронной микроскопии в Граце, и случилось это совершенно случайно, во время перерыва на работе. «Я заметила, что кофе, оставленный в чашке, образует стойкие кольца, которые трудно отмыть, — рассказывает Майрхофер. — Первые тесты показали, что кофе окрашивает биологические образцы и усиливает контраст».
Для проверки гипотезы команда ученых сравнила эспрессо из зерен робусты с уранилацетатом и другими красителями, которые применяются в электронной микроскопии. Объектом исследования стали митохондрии клеток рыбок данио-рерио — эти органеллы имеют сложные двойные мембраны, по четкости изображения которых легко оценить качество окрашивания.
Чтобы исключить субъективность при оценке качества окрашивания, ученые разработали объективный метод оценки контраста, основанный на математическом анализе яркости пикселей. Результаты превзошли ожидания. «Эспрессо обеспечил сравнительно очень хорошие значения контраста, в некоторых случаях даже лучше, чем уранилацетат», — отмечает Майрхофер.
Ключевую роль в окрашивании, по-видимому, играет хлорогеновая кислота — основной компонент кофе. Интересно, что экстракт чая улун, который ученые тоже проверили как еще одну альтернативу традиционным контрастным веществам, в этом эксперименте не дал качественных изображений.
Преимущества кофе очевидны: он безопасен, доступен в любом магазине и не требует специальных условий хранения или утилизации. Впрочем, руководитель исследования Ильзе Летофски-Папст подчеркивает: «Наши результаты показывают, что кофе — серьезная альтернатива уранилацетату. Однако для широкого применения в биологической электронной микроскопии необходимы дополнительные исследования его эффективности на разных типах тканей». Будем надеяться, что в дальнейших экспериментах кофе тоже покажет себя достойно, а лабораторные работы благодаря отказу от токсичных реагентов станут дешевле и безопаснее.
Ранее у кофе и чая нашли полезный для дыхательной системы эффект.
