A szuperfelbontású mikroszkópia határainak feszegetése: önbeálló mikroszkóp
A Nobel-díjas szuperfelbontású mikroszkóp korlátain túlmutató, rendkívül precíziós mikroszkóp segítségével a tudósok közvetlenül megmérhetik az egyes molekulák közötti távolságot.
Az Új-Dél-Wales-i Egyetem orvoskutatói példátlan felbontást értek el az egymolekulás mikroszkóppal az ép sejteken belüli egyes molekulák közötti kölcsönhatások kimutatására.
A 2014-es kémiai Nobel-díjat a szuperfelbontású fluoreszcens mikroszkópos technológia kifejlesztéséért ítélték oda, amely lehetővé tette a mikroszkóposok számára az első molekuláris képet a sejt belsejéről, amely funkció új molekuláris képet ad a komplex biológiai rendszerekről és folyamatokról.
Most az egymolekulás mikroszkópia kimutatási határait ismét kitágították, és részleteket tettek közzé a Science Advances legújabb számában.
Ultranagy felbontású mikroszkópokkal lehetett megfigyelni és nyomon követni az egyes molekulákat, de a kölcsönhatások e molekulák között legalább négyszer kisebb léptékűek, mint a meglévő egymolekulás mikroszkópok.
"Az ok, amiért az egymolekulás mikroszkópok lokalizációs pontossága általában 20-30 nanométer körül van, az általában az, hogy a mikroszkóp valóban elmozdul, amikor jeleket észlel. Ez bizonytalansághoz vezet. A meglévő szuperfelbontású műszerekkel nem tudjuk megállapítani, hogy egy fehérje kötődik-e egy másik, mert a köztük lévő távolság rövidebb, mint a helyzetük bizonytalansága."
A probléma megoldása érdekében a csapat egy automatizált visszacsatoló hurkot épített az egymolekulás mikroszkóp belsejébe, amely észleli és átállítja az optikai utat és a tükörszintet.
"Nem számít, mit csinálsz ezzel a mikroszkóppal, alapvetően nanométeres pontossággal találja meg a visszatérő utat. Ez egy intelligens mikroszkóp. Mindenre képes, amit egy kezelőnek vagy szervizmérnöknek kell, és ezt másodpercenként 12-szer. " Prof. Goss mondta.
A fehérjék közötti távolság mérése
Az ebben a cikkben felvázolt tervezéssel és módszertannal az UNSW csapata olyan visszacsatoló rendszert tervezett, amely kompatibilis a meglévő mikroszkópokkal, és maximális rugalmasságot biztosít a minta-előkészítéshez.
"Ez egy nagyon egyszerű és elegáns megoldás egy nagy képalkotó problémára. Most építettünk egy mikroszkópot a mikroszkóp belsejébe, és csak a fő mikroszkópot igazítottuk. A megtalált megoldás egyszerűsége és praktikussága az igazi erőssége. Könnyű klónozzuk a rendszert, és gyorsan alkalmazzuk az új technológiákat." Prof. Goss mondta.
Az ultra-precíz visszacsatolású egymolekulás mikroszkóp hasznosságának demonstrálására a kutatók arra használták, hogy közvetlen távolságméréseket végezzenek a T-sejtek jelátviteli fehérjéi között. A celluláris immunológia általános feltételezése az, hogy ezek az immunsejtek nyugalmi állapotban maradnak, amikor a T-sejt receptor közel van egy másik molekulához, amely fékként működik.
Nagy pontosságú mikroszkóppal sikerült kimutatni, hogy az aktivált T-sejtekben a két jelzőmolekula valóban tovább különült el egymástól, feloldva a féket és bekapcsolva a T-sejt-receptor jelátvitelt.
Goss professzor azt mondta: "A hagyományos mikroszkópos technikák nem lennének képesek pontosan mérni egy ilyen kis változást, mivel a nyugalmi és aktivált T-sejtekben lévő jelzőmolekulák közötti távolság mindössze 4-7 nanométerrel tér el."
"Ez azt is mutatja, hogy ezek a jelzőmechanizmusok mennyire érzékenyek a térbeli izolációra. Az ilyen szabályozási folyamatok azonosításához pontos távolságméréseket kell végeznünk, amit ez a mikroszkóp lehetővé tesz. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a technológia felfedezés alatt áll, és nem gyártható másik út."
