Jak wygląda laboratorium genetyczne, jak histologiczne, jak żywnościowe, a jak mikrobiologiczne?

Dziś postanowiłem opowiedzieć trochę o tym, jak wyglądają poszczególne rodzaje laboratoriów wykorzystywanych przez biologów, biotechnologów oraz pokrewnych specjalistów. Oczywiście istnieją sprzęty i zasady, które występują w różnych typach laboratoriów, a nawet w niemal każdym, ale są też reguły bardzo ścisłe i charakterystyczne, określone dla poszczególnych miejsc pracy. Napiszę o takich laboratoriach, w których sam dotychczas pracowałem lub miałem okazję przyjrzeć się im osobiście.

jak wygląda laboratorium
Laboratorium roślinne


Laboratorium genetyczne/molekularne

W laboratorium takim znajduje się stanowisko do izolacji DNA, a także izolacji RNA. Ze względu na wszechobecne RNAzy, czyli enzymy rozkładające RNA, które fruwają w powietrzu, izolacja RNA jest trudniejsza i wymaga większej uwagi oraz ostrożności. Laboratorium genetyczne jest wyposażone w lodówki oraz zamrażarki obniżające temperaturę do -80 stopni Celsjusza. Przechowywane są tam próbki DNA albo tkanki, z których go jeszcze nie wyekstrahowano. Obecne są w nim wirówki i tzw. worteksy – bardzo szybko wibrujące urządzenia pomagające wytrząsać czy mieszać zawartość probówki. Sprzęty te są powszechne także w innych (dalej opisywanych) laboratoriach. Charakterystyczne są tutaj termocyklery, czyli maszyny do przeprowadzania PCRu – łańcuchowej reakcji polimerazy (ang. polimerace chain reaction), która amplifikuje (powiela) interesujący nas fragment DNA do dalszych badań.


Odrębną częścią genetycznego laboratorium, która powinna się znajdować w innym pomieszczeniu, jest stanowisko do przeprowadzania elektroforezy. Technika ta pozwala sprawdzić czy wyizolowaliśmy to co chcieliśmy, na ile wyekstrahowane DNA jest czyste albo pofragmentowane. Dzięki temu wiemy, gdzie (w których probówkach) procedura izolacji DNA została przeprowadzona prawidłowo i możemy pobrać z nich materiał do sekwencjonowania DNA. Sekwenatory (również leżące w osobnych pomieszczeniach), czy to starszej generacji (Sangera), czy nowszej (Illumina HiSeq czy MiSeq) bądź też pirosekwenatory, są właściwie całkowicie zautomatyzowane. Do badacza należy jedynie przygotowanie próbek i umieszczenie ich w sekwenatorze. Wyniki otrzymane z sekwenatora analizuje się w różnorodnych programach komputerowych. W laboratorium genetycznym blaty czyści się związkami chloru, choć wykorzystywany jest również etanol.

Pipeta laboratorium genetyczne
Standardowa pipeta w laboratorium genetycznym i innych laboratoriach

Laboratorium bioenergetyczne

Znacznie mniejsze doświadczenie mam w pracy w laboratorium bioenergetycznym, ale postanowiłem je tutaj umieścić jako ciekawostkę. W miejscu takim bada się np. tempo metabolizmu z wykorzystaniem aparatury sprawdzającej ile tlenu wykorzystuje badane zwierzę. Mysz umieszczana jest w kloszu z wodą, podłączonym do odpowiedniego sprzętu i zawierającym specjalne czujniki. Badane jest zużycie tlenu, co odpowiedni program przelicza, a na podstawie czego można ustalić wskaźniki związane z metabolizmem. Z pewnością istnieją też inne aparatury do mierzenia parametrów metabolizmu, ja zetknąłem się z taką.


Oczywiście w laboratorium bioenergetycznym, jak w niemal każdym innym, znajdują się probówki różnych rozmiarów (zwane potocznie eppendorfami czy falconami, zależnie od tego, o które nam akurat chodzi) oraz stojaki na nie, szalki, wagi laboratoryjne, wirówki, worteksy, pipety (zwykle przeznaczone do miarkowania większych objętości, w przeciwieństwie do laboratorium genetycznego, gdzie niejednokrotnie potrzebne są dawki takie jak np. 0,5 mikrolitra), zamrażarki i lodówki.  

Laboratorium hodowli komórkowych in vitro

Laboratorium do hodowli komórkowych jest poświęcone utrzymywaniu komórek w warunkach in vitro, czyli „w szkle” (na szalkach, w specjalnych probówkach itd.), co jest przeciwieństwem określenia in vivo, czyli w organizmie. Chociaż badania in vitro mają sporo ograniczeń (jednym z głównych, w badaniach biomedycznych, jest to że rzadko kiedy wyniki otrzymane w warunkach in vitro przekładają się na warunki in vivo, tzn. bardzo często coś, co działa np. prozdrowotnie na komórki in vitro, nie działa wcale lub działa bardzo słabo in vivo), to i tak są niezbędne. Pozwalają obserwować i badać komórki bezpośrednio, sprawdzać co się w nich dzieje oraz badać ich mechanizmy molekularne.


Jaki sprzęt znajduje się w laboratorium hodowli komórkowych in vitro i na co trzeba w takim miejscu szczególnie uważać? W niniejszym laboratorium znajdują się inkubatory, gdzie przy odpowiednich ustawieniach programu można stworzyć pożądane warunki dotyczące wilgotności, zawartości tlenu i dwutlenku węgla. Bardzo ważny jest też tzw. laminar, czyli szafa laminarna z odpowiednim wyciągiem zmniejszającym ryzyko zakażenia hodowli komórkowej, jeśli przy użyciu owej szafy pracujemy. W pracy w laboratorium komórkowym niezwykle ważne jest zadbanie o to, by hodowle nie zostały zakażone bakteriami lub grzybami, gdyż są wówczas do wyrzucenia. Dlatego pożywki muszą być sterylizowane, a do nich samych dodaje się związki zabijające bakterie. Z tego też powodu osoba pracująca w laboratorium kultur in vitro musi stosunkowo często spryskiwać ręce (w rękawiczkach) etanolem. Dla osób z wrażliwymi drogami oddechowymi może to być problematyczne. W laboratorium kultur in vitro stosuje się też inne od standardowych pipety do rozlewania większych objętości pożywek.

laboratorium mikrobiologiczne komórki in vitro pipeta
Pipeta typowa dla laboratorium hodowli komórkowych i laboratorium mikrobiologicznego

Laboratorium żywnościowe

W laboratoriach żywnościowych robi się przeróżne rzeczy. Wszystko zależy od tego na jakie produkty są ukierunkowane. Inaczej może być w laboratorium piwa, inaczej w laboratorium kawy, inaczej w laboratorium olejów, inaczej w laboratorium zajmującym się paszami dla zwierząt gospodarskich, a jeszcze inaczej w laboratorium owoców i warzyw. Ja miałem styczność z tym ostatnim w formie typowo naukowej (na uniwersytecie). Badania jedzenia w laboratorium żywnościowym dotyczą zawartości poszczególnych składników odżywczych czy witamin albo obecności związków toksycznych.


W laboratorium badającym żywność bardzo ważne jest przeprowadzanie chromatografii pozwalającej na identyfikację poszczególnych związków chemicznych. Jednak do techniki tej próbki muszą być odpowiednio przygotowanie, stąd niezbędne są tu m.in. homogenizatory rozdrabniające badaną żywność, a także standardowe wirówki i worteksy przydatne podczas kolejnych miksów i wirowań preparatów z rozpuszczalnikami do ekstrakcji. Przydatne są też bomby kaloryczne do określenia kaloryczności danego produktu.  

Laboratorium histologiczne

Bardzo ciekawe są laboratoria histologiczne. Przygotowuje się w nich tkanki do oglądania pod mikroskopem. Tkanki są zatapiane w parafinie, by można je było pokroić na tzw. mikrotomie, czyli maszynie tnącej bardzo cieniutkie plasterki. Później tkanki, po umieszczeniu na szkiełku podstawowym, są poddawane szeregowi kąpieli w roztworach odwadniających i barwiących, tak aby poszczególne struktury tkankowe i komórkowe można było dostrzec pod mikroskopem. Istnieją też inne techniki, na przykład kriotomowe. Spotkałem się z nimi w neurobiologii – mózgi szczurów były zamrażane i dzięki temu krojone „na twardo” (zamiast w parafinie).


Badania tkanek w histologii przeprowadza się w rozmaitych celach naukowych i aplikacyjnych. Te nam najbliższe to przede wszystkim weterynaria i badania w inspektoratach weterynaryjnych pod kątem np. obecności pasożytów u zwierząt. Praca, jaką wykonują inspektoraty weterynaryjne jest niezwykle ważna z punktu widzenia bezpieczeństwa państwa i obywateli. Kilka lat temu byłem na swego rodzaju wizytacji w Wojewódzkim Inspektoracie Weterynaryjnym w Poznaniu na ul. Grunwaldzkiej i przyznam, że wyposażenie i profesjonalizm zrobiły na mnie duże wrażenie. Oprócz spraw weterynaryjnych histologicznie bardzo ważna jest też diagnostyka medyczna, czyli badania patologiczne diagnozujące np. nowotwory. Niejednokrotnie można je zidentyfikować wyłącznie poprzez wycięcie podejrzanej tkanki, przeprocesowanie w laboratorium histologicznym i obejrzenie jej pod mikroskopem. To ostatnie urządzenie – mikroskop – jest kluczowe w laboratoriach histologicznych. Histologowie, histopatologowie, patolodzy, wszyscy ci specjaliści muszą umieć dobrze obsługiwać mikroskop optyczny (świetlny), a bywa, że innego rodzaju mikroskopy również, gdy w grę wchodzą bardziej wyrafinowane techniki.

mikroskop świetlny
Mikroskop świetlny 

Laboratorium botaniczne, zoologiczne i anatomiczne

Najbardziej tradycyjne są laboratoria zoologiczne, botaniczne oraz anatomiczne (choć wiele zależy też oczywiście od tego, jakie konkretnie badania się w nich prowadzi). Mi osobiście kojarzą się najbardziej z XVIII- i XIX-wiecznymi przyrodnikami, którzy często byli jednocześnie chemikami, biologami i lekarzami – ówczesna wiedza była na tyle niezaawansowana, że posiadanie sporej jej części z każdej dziedziny przez jedną osobę nie było takie trudne jak dziś (obecnie jest to wręcz raczej niemożliwe, by jeden człowiek był jednocześnie zaawansowanym chemikiem, biologiem i lekarzem).


Przy dzisiejszej interdyscyplinarności w biologii można spokojnie powiedzieć, że spora część zoologów i botaników tak czy inaczej musi korzystać z laboratoriów biochemicznych, genetycznych czy histologicznych, ale dla nich samych typowe są zwykłe mikroskopy świetlne i binokulary. Mogą dzięki nim podpatrywać różne struktury morfologiczne z dużą dokładnością. Na przykład dostrzec haczyki u pszczół, wielkość komórek przedziałkowych skrzydeł u muszek owocówek czy aparaty szparkowe roślin. Tego rodzaju proste laboratorium, mając podstawowe szkło laboratoryjne oraz przeciętny mikroskop świetlny, można sobie łatwo zorganizować w domu. Do prostych podstaw anatomii zaś czasem wystarczy nawet tylko kuchnia (i trup).

Laboratorium mikrobiologiczne

Laboratorium mikrobiologiczne jest podobne do laboratorium hodowli komórkowych in vitro. Chociaż w laboratorium mikrobiologicznym z reguły hoduje się bakterie, czyli organizmy prokariotyczne (bezjądrowe), to w zasadzie trzyma się je w szalkach czy odpowiednich probówkach, na pożywkach i trzeba uważać, by ich dodatkowo nie zakazić. Potrzebne są szafy laminarne z wyciągiem i inkubatory. Sprzęt musi być sterylizowany, pożywki także. Sporo laboratoriów nie robi już tego samodzielnie tylko kupuje gotowe, sterylne narzędzia jednorazowego użytku. 


Laboratoria mikrobiologiczne są potrzebne w bardzo wielu miejscach. Pełnią ważną rolę we wspomnianych inspektoratach weterynaryjnych, jak również w inspektoratach sanitarnych. Wyposażone są w nie także oczyszczalnie ścieków i stacje uzdatniania wody, ośrodki spożywcze i firmy farmaceutyczne czy diagnostyczne. Wszechobecność mikrobów i, do niedawna, ich dominujący wpływ na śmiertelność wśród ludzi, wymusiła na wielu instytucjach i przedsiębiorstwach szereg zachowań związanych ze sprawdzaniem bezpieczeństwa mikrobiologicznego.

laboratorium mikrobiologiczne pożywki
Pożywki w szalkach

Laboratorium zwierzęce (zwierzętarnia)

Bardzo specyficzne jest laboratorium zwierzęce. Po polsku przyjęło się je nazywać zwierzętarnią, a po angielsku „animal lab”. Pomimo nazwy bardziej jest to hodowla zwierząt na cele naukowe. Niektóre zespoły badawcze prowadzą swoje własne zwierzętarnie, a inne zlecają utrzymywanie ich firmom zewnętrznym lub wynajmują od nich laboratoria zwierzęce (pojedyncze pomieszczenia). Zwierzętarnie będą różne zależnie od tego jakie zwierzęta w nich utrzymujemy. Najpospolitsze są zwierzętarnie ze szczurami, myszami, świnkami morskimi czy królikami. Wielu naukowców ma też pod swoją opieką laboratoria zwierzęce z nornicami rudymi, z płazami (głównie gatunek platana szponiasta), rybami (szczególnie z gatunkiem danio pręgowany), owadami (np. muszka owocowa), niesporczakami, robakami (najczęściej nicień Caenorhabditis elegans). Rzadsze są zwierzętarnie z ptakami (zeberkami) czy gadami (np. zaskrońcami), z którymi również się spotkałem.


Laboratoria zwierzęce są miejscem, w którym oprócz utrzymywania zwierząt w odpowiednich pomieszczeniach i pojemnikach, karmienia ich i pojenia, przeprowadza się liczne procedury. Począwszy od najprostszych, takich jak ważenie zwierząt, przez sprawdzanie porodów (w przypadku ssaków i eksperymentów związanych z rozmnażaniem), podawanie badanych substancji, pobieranie krwi, po przeprowadzanie sekcji (na co zwykle przeznaczony jest osobny, specjalny pokój) i pobieranie tkanek do dalszych badań, np. analiz DNA czy obrazowania histologicznego pod mikroskopem. Zwierzętarnie służą zarówno do badań biomedycznych, jak i typowo biologicznych, ewolucyjnych, ekologicznych, żywieniowych czy astrobiologicznych, gdzie sprawdza się jak zwierzęta funkcjonują w warunkach zbliżonych do panujących w innych miejscach poza Ziemią.

Praca w laboratorium

Praca w laboratorium ma swoją specyficzność. Cechuje się potrzebą wysokiej odpowiedzialności, szczególnie gdy pracuje się ze zwierzętami bądź na bardzo drogich odczynnikach, których złe wykorzystanie oznacza straty rzędu kilkudziesięciu tysięcy złotych, lub na odczynnikach niebezpiecznych dla zdrowia. Potrzebna jest cierpliwość, gdyż niejednokrotnie jednego dnia należy przeprocesować kilkadziesiąt czy kilkaset próbek albo zważyć kilkadziesiąt czy więcej zwierząt, co bywa bardzo żmudne. Ważne są też zdolności manualne, bo chwytanie myszy czy szczurów, trzymanie drobnych fiolek z odczynnikami i pipetowanie ich do naczyń, odważanie niewielkich ilości substancji na wagach laboratoryjnych i inne tego typu procedury wymagają skupienia oraz sprawnych i nietrzęsących się rąk.


Jeśli chodzi typy laboratoriów, to mój opis w tekście jest dość ogólny i – jak podkreślałem – wiele zależy też od tego co konkretnie się w nich bada. Dla przykładu, jeżeli mamy laboratorium genetyczne do antycznego DNA (aDNA), to niezwykle istotne jest, aby nie zanieczyścić próbek współczesnym DNA. Dlatego badacze od aDNA przed wejściem do laboratorium muszą przechodzić procedurę dezynfekcji i zakładać specjalne kostiumy chroniące próbki przed zanieczyszczeniem. Gdy biolog pracuje z kulturami in vitro komórek nowotworowych pochodzących od człowieka, szczególnie istotne jest bezpieczeństwo badacza, gdyż jak wiemy, w bardzo rzadkich przypadkach nowotwór może się przenieść między osobami czy osobnikami. Jest więc sporo zmiennych, które ostatecznie mogą znacznie zmodyfikować wygląd danego laboratorium i sposób funkcjonowania oraz panujące w nim reguły.  

Prowadzenie bloga naukowego wymaga ponoszenia kosztów. Merytoryczne przygotowanie do napisania artykułu to często godziny czytania podręczników i publikacji. Zdecydowałem się więc stworzyć profil na Patronite, gdzie w prosty sposób można ustawić comiesięczne wpłaty na rozwój bloga. Dzięki temu może on funkcjonować i będzie lepiej się rozwijać. Pięć lub dziesięć złotych miesięcznie nie jest dla jednej osoby dużą kwotą, ale przy wsparciu wielu staje się realnym, finansowym patronatem bloga, dzięki któremu mogę poświęcać więcej czasu na pisanie artykułów.


Łukasz Sakowski. Czytaj więcej
    Skomentuj na blogu
    Skomentuj na facebooku

3 komentarze :

  1. Jaka jest Twoja wiedza na temat możliwej kariery laboratoryjnej dietetyka? Czy w Polsce jest możliwy rozwój w tym kierunku? Zetknęłam się z tym na studiach i bardzo mnie to zainteresowało.

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Jeśli pójdzie się na staże i do pracy w odpowiednie miejsca, to czemu nie?

      Usuń
    2. O, super! Bardziej firmy farmaceutyczne czy zajmujące się żywieniem specjalistycznym? Może jakieś szpitale?

      Usuń