Molekularna merilna palica bi lahko izboljšala mikroskopijo visoke ločljivosti – svet fizike

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Slika, ki prikazuje merilne palice, združene v trikotnik in obdane z vijugastimi molekulami — PicoRuler: molekularna ravnila na osnovi beljakovin omogočajo preizkušanje optične ločljivosti najnovejših metod superločljivostne mikroskopije na biomolekulah v območju pod 10 nanometrov v realnih pogojih. (Z dovoljenjem: Gerti Beliu, DALL-E 3 / Univerza v Würzburgu)

Če želite izmeriti vsakdanji predmet, lahko uporabite ravnilo – kos materiala s fiksno dolžino in pravilno označenimi razdelki. Zahvaljujoč novi napravi, imenovani PicoRuler, je zdaj mogoče isti princip merjenja uporabiti za majhne predmete, kot so celice in molekule. Majhna merilna palica, ki so jo razvili raziskovalci na Univerzi Julius-Maximilians Universität (JMU) Würzburg v Nemčiji, deluje v bioloških okoljih in bi jo lahko uporabili za preizkušanje zmožnosti mikroskopskih tehnik visoke ločljivosti za slikanje predmetov, dolgih manj kot 10 nm.

Mikroskopija visoke ločljivosti, ki temelji na fluorescenčnem slikanju, se je v zadnjih 20 letih hitro razvila. Zdaj je rutina za takšne metode za ločevanje tako majhnih struktur kot nekaj nanometrov - daleč pod mejo uklona za običajno mikroskopijo v vidni svetlobi.

Za nadaljnje spodbujanje teh tehnik potrebujejo raziskovalci referenčne strukture za kalibracijo delovanja svojih mikroskopov. Glavna metoda umerjanja, ki je trenutno v uporabi, temelji na umetnih strukturah origami DNK. Te je mogoče sintetizirati za prenašanje več fluoroforjev na točno določenih položajih, ki so manj kot 10 nm narazen, kar jim omogoča, da delujejo kot ravnila za slikanje pod 10 nm. Težava je v tem, da je DNK origami močno negativno nabit in ga zato ni mogoče uporabiti v resničnih bioloških celičnih slikovnih medijih.

Klik na svoje mesto

Vodijo ga biotehnologi Markus Sauer in Gerti Beliu, je skupina JMU razvila biokompatibilno alternativo, ki temelji na tridelnem proteinu, imenovanem proliferacijski celični jedrski antigen (PCNA). Z uvedbo sintetičnih aminokislin na ta protein na točno določenih mestih, ki so med seboj oddaljena 6 nm, so omogočili, da molekule fluorescentnega barvila kemično »kliknejo« nanj na učinkovit način. Ta nova struktura jim je omogočila, da preizkusijo ločljivost tehnike, znane kot kopičenje točk na osnovi DNK za slikanje v nanometrski topografiji (DNA-PAINT) do 6 nm. Sauer pravi, da bi lahko bilo pomembno tudi za druge tehnike, kot je neposredna stohastična optična rekonstrukcijska mikroskopija (dSTORM), MINFLUX ali MINSTED.

"Te napredne mikroskopske tehnike lahko dosežejo prostorske ločljivosti v območju nekaj nanometrov, novo ravnilo pa bo služilo kot kalibracijsko orodje za preverjanje in izboljšanje njihove natančnosti," pravi.

Raziskovanje strukture celice od znotraj

Raziskovalci zdaj želijo optimizirati svoje ravnilo za uporabo v različnih bioloških okoljih, vključno z živimi celicami. Druga smer razvoja, pravi Sauer, bi lahko bila dostava PicoRulers neposredno v same celice s tehnikami, kot je mikroinjekcija ali funkcionalizacija s peptidi, ki prodrejo v celice. Naprave bi tako lahko uporabili za raziskovanje strukture celice od znotraj, pridobivanje znanja, ki bi lahko napredovalo v celični biologiji in prineslo boljše razumevanje bolezni in poti do razvoja zdravil.

Mikroskop visoke ločljivosti razkriva stroje za razmnoževanje koronavirusa

"Naša ekipa se osredotoča tudi na razširitev nabora biomolekul, ki se lahko uporabljajo kot PicoRulers," pravi Sauer Svet fizike. "V ta namen bomo preučili različne beljakovine in druge biološke komplekse. Prepričani smo, da razvoj našega PicoRulerja pomeni pomemben korak naprej na področju mikroskopije z visoko ločljivostjo, saj ponuja dragoceno orodje za raziskovanje celičnih in molekularnih struktur pri ločljivostih brez primere.”

PicoRuler je opisan v Napredni materiali.