|
Оглавление
* В приложении приведены научные задачи, выполненные в рамках проблемы взаимосвязи структуры и функции нейронов при изменении физиологического состояния и при патологии мозга. Для решения задач были использованы маутнеровские нейроны, парные идентифицированные нейроны золотой рыбки с установленной функцией. Рисунки иллюстрируют характерные примеры реконструкции маутнеровских нейронов золотых рыбок из разных экспериментальных групп. Введение
"Биология – наука XXI века" – под таким названием в Пущинском научном центре РАН проходит ежегодная Международная школа-конференция молодых ученых. Уже более пятнадцати лет в ней принимают участие научные сотрудники, аспиранты, магистранты и студенты вузов. Молодые участники представляют свои научные достижения в области молекулярной биологии, общей и функциональной биохимии, биофизики клетки, физиологии животных и биомедицины, биотехнологии. На пленарных заседаниях ведущие российские ученые знакомят участников с актуальными и перспективными направлениями исследований. В настоящее время все более очевидно, что сформировалось и продолжает формироваться совершенно новое направление исследований, сутью которого является понимание того, что современная биология становится трехмерной. Благодаря соединению традиционного и новаторского методов исследований, микроскопии и компьютерной техники, клетки, которые в учебниках и научных журналах выглядят двумерными и статичными, в современных исследованиях на основе получения и анализа трехмерных изображений становятся активными, сложными и трехмерными. Этой проблеме посвящен выпуск специального номера журнала Trends in Cell Biology (2011. V.21. N12). В нем представлены наиболее показательные исследования с использованием метода 3D из различных областей, которые решают фундаментальные вопросы клеточной биологии, в частности, как внутреннее устройство клетки и ее наружное окружение влияют на клеточную функцию. Публикуемое Учебно-методическое пособие актуально и находится в русле очерченных проблем. Используя разработанный подход, молодые исследователи смогут научиться получать и анализировать трехмерные изображения не только нейронов, но и любых других клеток на основе сочетания методик световой микроскопии и компьютерных технологий и применить их для решения своих конкретных биологических задач. В качестве примеров в пособии приведены подобные задачи. Они всецело посвящены получению 3D изображений нейронов, от строения, функции и связей которых зависит интегративная активность мозга, адаптация и память. Решение проблемы адаптации и памяти на клеточном уровне, расшифровка механизмов влияния активности афферентных входов в мозг со стороны органов чувств на функцию нервных центров и составляющих их нейронов невозможно без тесного взаимного исследования структуры и функции индивидуальных клеток. В силу больших размеров мозга глубинные элементы нервной ткани недоступны прямому микроскопическому контролю. Вместе с тем, такой анализ необходим для выяснения морфофункциональных корреляций в процессе сенсорных или иных воздействий на нейроны, без этого невозможно определить структурные субстраты, элементы нервной ткани, ответственные за сохранение функционального сдвига, вызванного воздействием, выявить "носителей памятного следа". Фактически, определить структурный след памяти на уровне индивидуального нейрона. Для проведения функционального (физиологического) и микроскопического исследований одного и того же объекта следует визуализировать нейроны, вовлекаемые в функциональную перестройку под воздействием определенных факторов, причем, в их прижизненном и трехмерном изображении. Такому подходу способствует развитие техники объемной реконструкции нейронов, выполняемой по гистологическим серийным срезам мозга с помощью компьютерных технологий, в комплексе с разработкой приемов и методов адекватной фиксации, обезвоживания, заливки объектов, изготовления срезов. Настоящее пособие впервые описывает последовательность работ по реконструкции маутнеровских нейронов золотой рыбки, классического объекта нейробиологии. Маутнеровские нейроны, две гигантские клетки, расположенные в глубине продолговатого мозга и недоступные для прямой визуализации микроскопическими методами, принимают сенсорную статоакустическую и зрительную афферентацию и управляют поворотами тела золотой рыбки при спонтанном и вызванном движении. Данное пособие составлено с целью установления в деталях:
Описанные в пособии приемы, разработанные для маутнеровских нейронов золотой рыбки, включая протокол фиксации и подготовки материала, можно адекватно использовать для реконструкции у других животных глубинно расположенных центральных и периферических нейронов, нервных ядер, или центров, управляющих той или иной функцией организма под контролем приходящих к ним сенсорных входов. Этапы подготовки маутнеровских нейронов к реконструкции (от фиксации до заливки) фактически такие же, как в протоколе обработки ткани для проведения электронно-микроскопического исследования. Следовательно, любой гистологический срез можно подвергнуть процедуре переклеивания, приготовить ультратонкие срезы идентифицированного участка ткани, затем исследовать его в электронном микроскопе. Данное пособие является важным дополнением к курсам лекций в Учебном центре биофизики и биомедицины "Ультраструктурные и иммуноцитохимические аспекты цитопатологии", в Учебном центре биологии клетки "Методы электронной микроскопии в биологии клетки", в Учебном центре биомедицинской инженерии "История и методология биомедицинской инженерии" и "Датчики в биологии и медицине" Пущинского государственного естественнонаучного института. Пособие позволяет расширить и конкретизировать учебный процесс, позволяет студентам и аспирантам более глубоко изучать и осмысливать излагаемые в лекциях общие данные по читаемым дисциплинам. Пособие дает возможность упорядочить знания в области биологии, морфофункциональных исследований организации живой материи, адаптации организмов, тканей и клеток к окружающей среде, а также патогенеза некоторых заболеваний и влияния на биологические объекты экологических и эндогенных факторов. Пособие может быть полезным студентам, аспирантам, преподавателям биологических дисциплин, научным сотрудникам, специализирующимся в области компьютерных технологий изучения биологии клеток. Об авторах
Окончила Удмуртский государственный университет, магистратуру Пущинского
государственного университета и аспирантуру Института теоретической
и экспериментальной биофизики РАН. Кандидат биологических наук (физиология;
2006), научный сотрудник лаборатории ультраструктуры нейрона ИТЭБ РАН.
Автор 15 научных статей.
Окончила Удмуртский государственный университет, магистратуру Пущинского
государственного университета и аспирантуру Института теоретической
и экспериментальной биофизики РАН. Кандидат биологических наук (физиология;
2012), научный сотрудник лаборатории ультраструктуры нейрона ИТЭБ РАН.
Автор 4 научных статей.
Окончила биолого-почвенный факультет Московского государственного университета
им. М. В. Ломоносова. Кандидат биологических наук (цитология; 1983), доктор
биологических наук (физиология; 2007), ведущий научный сотрудник лаборатории
ультраструктуры нейрона ИТЭБ РАН. Автор более 70 научных статей.
Окончил Харьковский институт железнодорожного транспорта и Ташкентский государственный университет. Кандидат биологических наук (биофизика; 1973), доктор биологических наук (цитология; 1988), профессор, руководитель лаборатории ультраструктуры нейрона ИТЭБ РАН, профессор кафедры цитотехнологии Пущинского государственного естественно-научного института. Автор более 200 научных статей и 2 монографий; имеет 4 патента. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||