Jó hír: az olcsó mikroszkópokkal szuperfelbontású képeket is lehet készíteni
Ali Shaib és Silvio Rizzoli nanológusok csapata a németországi Göttingeni Egyetemi Orvosi Központban kifejlesztett egy olyan módszert a közönséges fénymikroszkópiára – a ONE Microscope technikát –, amely egy szinten rögzíti az egyes fehérjék és soha nem látott sejtszerkezetek képeit. olyan részletességgel, amely még egy több millió dolláros "szuperfelbontású" mikroszkópét is meghaladja. több millió dolláros "szuperfelbontású" mikroszkópok. Az eredményeket a bioRxiv preprint weboldalon tették közzé.
"A mikroszkópos technológiában léteznie kell valamiféle demokráciának." Rizzoli rámutat, hogy az új technológia nagy felbontása a sok, nem pedig a kevés jómódú laboratóriumban alkalmazható.
A hagyományos optikai mikroszkópok képességeit az optika törvényei korlátozzák, ami azt jelenti, hogy a 200 nm-nél kisebb objektumok megfigyelése homályos, mondta Rizzoli, hozzátéve, hogy a kutatók olyan fizikán túli szuperfelbontási módszereket fejlesztettek ki, amelyek ezt a határt körülbelül 10-re csökkenthetik. nm. Ez a módszer, amely 2014-ben elnyerte a kémiai Nobel-díjat, optikai trükkök segítségével határozza meg a fehérjékhez kapcsolódó fluoreszcens molekulákat.
2015-ben a kutatók egy másik módszert javasoltak az optikai határ megkerülésére. Edward Boyden, az amerikai Massachusetts Institute of Technology idegmérnöke által vezetett kutatócsoport kimutatta, hogy a felfújható szövetek (a pelenkákban található nedvszívó vegyület felhasználásával) képesek távol tartani egymástól a sejtes objektumokat. Az inflációs mikroszkópként ismert technika a mikroszkóp felbontásának kvantum-ugrását eredményezte, lehetővé téve a körülbelül 20 nm-es struktúrák felbontását.
Shaib és Rizzoli technikája egyesíti a két módszert, hogy elérje a -1nm alatti felbontást. Ez a tisztaság elegendő ahhoz, hogy feltárja az egyes fehérjék alakját, amelyeket korábban jellemzően drágább szerkezetbiológiai módszerekkel, például krioelektronmikroszkóppal részletesebben leképeztek.
Az expanziós mikroszkópia egyszerűsége része a vonzerejének, és Boyden becslése szerint több mint 1,{1}} laboratórium alkalmazta a technikát. A mintákat vegyszerekkel kezelik, amelyek rögzítik a fehérjéket egy polimeren, amely víz hozzáadásakor eredeti méretének 1,000-szeresére duzzad, lehetővé téve a molekulák elválasztását. A ONE mikroszkópos technika hőt vagy enzimeket is használ a lebontáshoz. a fehérjéket, így az egyes fragmentumok különböző irányokba nyúlnak a duzzadási folyamat során.
A kutatók módszerüket egy neuromolekula, a GABAA receptor képeinek rögzítésére használták, amelyek nagyon hasonlítanak a nagy felbontású krioelektronmikroszkópiára és a fehérjék röntgenkrisztallográfiai térképeire. Megörökítették az ototoxin nevű fehérje egy nagy darabjának körvonalait is, amelynek szerkezetét még nem határozták meg, és amely elősegíti az audiojelek továbbítását az agyban. Az alak hasonló az AlphaFold mély tanulási hálózat strukturális előrejelzéseihez.
Bár a módszer nem egyezik a krioelektronmikroszkópos felbontással, amely bizonyos esetekben közel atomi szintű részleteket tár fel 0,2 nm-nél kisebb, a krioelektronmikroszkópos technikák csekélyek és drágák, Rizzoli - mondta, hozzátéve, hogy a ONE mikroszkóppal ezzel szemben gyors és egyszerű módot nyújthat szinte bármely molekula szerkezetének megértésére.
A technológia fejlesztésének egy része az volt, hogy bővítsék a legmodernebb optikai mikroszkópok hozzáférhetőségét, mondta Rizzoli. a ONE mikroszkópos módszer elég egyszerű ahhoz, hogy alkalmazható legyen a 90-es években elavulttá vált fluoreszcens mikroszkópokra.
Salma Tammam, a kairói Német Egyetem gyógyszertechnológusa azt tervezi, hogy ezen a nyáron PhD hallgatót küld a technika tanulmányozására. Laboratóriuma azt vizsgálja, hogyan mozognak a nanorészecskék a sejtekben, és részleteket akarnak látni a részecskékről és hordozóikról. De mint sok alacsony és közepes jövedelmű országok kutatója, ők sem férnek hozzá drága szuperfelbontású mikroszkópokhoz.
A szuperfelbontású mikroszkóp használatának kiterjesztése a jól finanszírozott intézmények tudósai számára is fontos – mondja Noa Lipstein, a németországi Leibniz Molekuláris Farmakológiai Központ szinapszisbiológusa. Nemrég alapított egy független kutatócsoportot, és úgy döntött, hogy az ONE mikroszkópiát alkalmazza a szinaptikus részletek tanulmányozására.
