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2015년 2월 16일 월요일

살아있는 박테리아의 X 레이 사진 찍기



 X 레이는 인간에서 뿐 아니라 다양한 동물들을 치료하고 연구를 진행하는데 많은 도움을 주고 있습니다. 하지만 X 레이로도 찍을 수 있는 한계는 존재합니다. 예를 들어 작은 박테리아 하나를 X 선으로 찍는 일은 설령 가능하다고 해도 사실 별 의미가 없었습니다. X 선이 닿는 순간 박테리아는 죽게 되서 사실상 살아있는 상태의 박테리아의 X 선을 찍을 수가 없었기 때문입니다. 

 그런데 미국의 SLAC 국립 가속기 연구소(SLAC National Accelerator Laboratory)의 과학자들이 사상 최초로 살아있는 박테리아의 X 선 영상을 얻는데 성공했다는 소식입니다. 이들은 이전 연구에서와는 달리 X 선으로 직접 영상을 얻는 방법 대신 X선 회절(diffraction 파장이 장애물 뒤로 돌아가는 현상)을 이용해서 이와 같은 성과를 거둘 수 있었다고 합니다. 


(This photo illustration shows a pond containing a visible bloom of cyanobacteria, with an artistic rendering of an individual cell, circled at left, and a reconstructed image of a single cell, circled at right, based on data from an experiment at SLAC's LCLS X-ray laser. (SLAC National Accelerator Laboratory)


(This animation depicts the "diffract before destroy" imaging technique made possible by SLAC's Linac Coherent Light Source (LCLS) X-ray laser. On the left, longer-duration X-rays produced by more conventional research facilities can destroy or damage biological particles as they pass through them, which can make it challenging to capture high-quality images before damage occurs. The ultrabright, ultrashort X-ray pulses at LCLS can generate images that preserve the intact features of biological particles such as cells and viruses. (SLAC National Accelerator Laboratory))



(동영상) 

 웁살라 대학의 야노스 하즈두 교수(Janos Hajdu, a professor of biophysics at Uppsala University)가 이끄는 연구팀은 시아노박테리아의 X 선 이미지를 얻는 연구를 진행했습니다. 연구팀은 살아있는 시아노박테리아를 얇은 증기로 분사한 후 Linac Coherent Light Source (LCLS) X-ray 에 노출시켰습니다. 앞서 설명했듯이 X 선 회절 영상을 얻기 위해서였습니다. 이렇게 얻은 영상은 적절하게 복원시키면 박테리아의 내부까지 들여다볼 수 있는 X 선 사진이 얻어집니다. 

 이 이미지 기술은 박테리아의 모습을 초당 100 번 정도 찍을 수 있습니다. 그야말로 살아있는 박테리아의 동영상을 찍을 수 있는 것이죠. 연구자들은 이 신기술이 박테리아 및 바이러스 같은 미생물 연구에 새로운 신기원을 이룩할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 다른 한편으로 여기서 생성되는 데이터가 막대하기 때문에 (연구팀에 의하면 하루 수백만장의 고해상도 박테리아 이미지가 얻어진다고 함) 새로운 형태의 빅데이터가 형성될 것으로 생각되고 있습니다. 

 앞으로 기술이 어디까지 진보하게 될지는 알수 없지만 아무튼 생각하지 못했던 새로운 신기술인 점은 의심할 수 없을 것 같습니다. 이 연구는 Nature Communications 에 실렸습니다. 

 참고 

Journal Reference:
  1. Gijs van der Schot, Martin Svenda, Filipe R. N. C. Maia, Max Hantke, Daniel P. DePonte, M. Marvin Seibert, Andrew Aquila, Joachim Schulz, Richard Kirian, Mengning Liang, Francesco Stellato, Bianca Iwan, Jakob Andreasson, Nicusor Timneanu, Daniel Westphal, F. Nunes Almeida, Dusko Odic, Dirk Hasse, Gunilla H. Carlsson, Daniel S. D. Larsson, Anton Barty, Andrew V. Martin, Sebastian Schorb, Christoph Bostedt, John D. Bozek, Daniel Rolles, Artem Rudenko, Sascha Epp, Lutz Foucar, Benedikt Rudek, Robert Hartmann, Nils Kimmel, Peter Holl, Lars Englert, Ne-Te Duane Loh, Henry N. Chapman, Inger Andersson, Janos Hajdu, Tomas Ekeberg. Imaging single cells in a beam of live cyanobacteria with an X-ray laser. Nature Communications, 2015; 6: 5704 DOI: 10.1038/ncomms6704





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