Маса окремої клітини може вимірюватися з точністю до фемтограма завдяки поєднанню класичних мікроскопів і сучасних нанотехнологічних рішень. Такі підходи дозволили дослідникам працювати з об’єктами, що майже неможливо зважити звичайними методами.
Для порівняння, клітина дріжджів має масу приблизно 100 пікограмів, тоді як бактерія кишкової палички важить близько одного пікограма – це у 60 мільйонів разів менше за піщинку. Водночас побутові ваги реагують лише на десяті частки грама, а отже клітина кишкової палички є у 100 мільярдів разів легшою за їхній поріг чутливості.
Першу спробу точно зважити дріжджі здійснили у 1953 році двоє біологів з Університету Південного Іллінойсу. Вони мали у розпорядженні мікроскоп, цукровий розчин і спеціальну камеру, а частину фінансування надала пивоварня Anheuser-Busch. В основі підходу лежало рівняння ірландського математика Джорджа Стокса, який ще за сто років до того описав рух кулі в рідині під дією сили тяжіння та опору.
Предметні скельця мікроскопа дослідники розмістили вертикально та зафіксували на плівку процес осідання клітин у розчині. Аналізуючи кадр за кадром швидкість руху кожної сферичної клітини, вони змогли виконати розрахунки, що дали середнє значення 79 пікограмів на клітину. Надалі сучасні вимірювання підтвердили ці результати, показавши масу близько 100 пікограмів.
Втім, не всі мікроорганізми мають зручну для таких вимірювань форму. Кишкова паличка є видовженою, тому у 2010 році науковці з Массачусетського технологічного інституту розробили підвішений мікроканальний резонатор. Цей пристрій являє собою порожнисту балку у формі літери U, яка вібрує подібно до гітарної струни, а всередині неї проходить рідина.
Коли через канал проходить бактерія, частота вібрацій змінюється, і чим більша маса клітини, тим помітніша ця зміна. За допомогою таких коливань масу можна визначити з точністю до фемтограма – у тисячу разів точніше за пікограм. Пристрій дозволяє не лише зважувати одну клітину, а й повторювати вимірювання під час її росту.
За температури 37 градусів Цельсія невелика клітина кишкової палички за годину додає близько 0,06 пікограма, тоді як більша може збільшувати масу на 0,14 пікограма за той самий час. Під час вимірювання 48 клітин середній показник маси склав 0,55 пікограма.
Залишити коментар