Научный семинар лаборатории анатомии и морфологии растений БИН РАН
22 апреля 2026 года состоялся научный семинар лаборатории анатомии и морфологии растений БИН РАН.
Тарасова Мария Сергеевна (аспирант БИН РАН, научный сотрудник Ресурсного центра СПБГУ) выступила с докладом «Серийная блочная сканирующая электронная микроскопия (SBF-SEM) и трёхмерная реконструкция с использованием программного обеспечения Amira».
В докладе Мария Сергеевна рассказала об одном из современных подходов в электронной микроскопии ― серийной блочной сканирующей электронной микроскопии (SBF-SEM), о его преимуществах по сравнению с более ранними методиками, ограничениях метода и способах их разрешения.
Мария Сергеевна кратко осветила историю развития электронной микроскопии, подробно описала этапы исследования клеточных структур с помощью существующих на данный момент методов: рутинная ТЕМ, серийная блочная СЭМ (SBF-SEM) и СЭМ сфокусированного ионного пучка (FIB-SEM).
Материал для серийной блочной СЭМ фиксируется альдегидами, насыщается тяжёлыми металлами, заключается в эпоксидную смолу, после чего с поверхности образца получаются серийные срезы, изображения которых строятся с помощью сканирующего электронного микроскопа. Массив изображений одной растительной клетки может содержать до 500 таких срезов. Такое количество последовательных изображений материала необходимо для создания трёхмерных реконструкций различных клеточных структур.
Для реализации данной методики может применяться режим низкого вакуума, что позволяет улучшить результаты сканирования. При работе сканирующего электронного микроскопа в режиме высокого вакуума возникает проблема накопления заряда, так как ткани живых организмов состоят по большей части из лёгких элементов (углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор), являющихся плохими проводниками. Накопление заряда отрицательно сказывается на стабильности электронного пучка и качестве получаемых изображений. Режим низкого вакуума помогает избежать этих проблем, хотя и с небольшими потерями в разрешении финальных изображений.
Для обработки данных, полученных методом серийной блочной СЭМ, используется программа Amira, позволяющая создавать 3D-модели клеток и их органелл. Выделение структур интереса на каждом изображении из массива для последующей реконструкции производится в полуавтоматическом режиме, а для объектов со сложной формой требуется полностью ручное выделение. Возможности программы Amira предполагают использование нейросетей для определения границ клеточных структур, но для этого необходима большая обучающая выборка изображений различных клеток. В настоящее время методика активно применяется для изучения расположения органелл, в том числе в растительной клетке. Например, в лаборатории Анатомии и морфологии растений с помощью данной методики проводится исследование сезонной динамики пластид клеток мезофилла хвойных. На примере Pinus sylvestris было показано зимнее перемещение хлоропластов и изменение их формы.
Помимо построения трёхмерных реконструкций, методика позволяет получать точные данные об объёме и площади поверхности клеточных структур, которые программа Amira рассчитывает с помощью математического моделирования.
В конце доклада сотрудники БИН РАН и коллеги из СПбГУ детально расспросили Марию Сергеевну о технических характеристиках и возможностях инструментальной базы серийной блочной сканирующей электронной микроскопии (SBF-SEM) и обрабатывающей результаты программы Amira.