Dobre vijesti: jeftini mikroskopi također mogu dobiti slike super rezolucije
Tim nanologa Ali Shaiba i Silvija Ricolija sa Univerzitetskog medicinskog centra u Getingenu, Nemačka, razvio je metodu za običnu svetlosnu mikroskopiju - tehniku ONE Microscope - koja snima slike pojedinačnih proteina i nikada ranije viđenih ćelijskih struktura u nivou detalja koji premašuje čak i mikroskop "super rezolucije" od više miliona dolara. višemilionske mikroskope "super rezolucije". Nalazi su objavljeni na web stranici za preprint bioRxiv.
"Trebalo bi da postoji neki oblik demokratije u mikroskopskoj tehnologiji." Rizzoli ističe da je visoka rezolucija nove tehnologije primjenjiva na mnoge, a ne na nekoliko bogatih laboratorija.
Mogućnosti konvencionalnih optičkih mikroskopa ograničene su zakonima optike, što znači da su posmatranja objekata manjih od 200 nm nejasna, rekao je Rizzoli, dodajući da su istraživači razvili metode super-rezolucije izvan fizike koje ovu granicu mogu smanjiti na oko 10 nm. Ova metoda, koja je 2014. dobila Nobelovu nagradu za hemiju, koristi optičke trikove kako bi precizno odredila fluorescentne molekule vezane za proteine.
2015. istraživači su predložili drugi način da se zaobiđe optička granica. Tim istraživača predvođen Edwardom Boydenom, neuralnim inženjerom na Massachusetts Institute of Technology u SAD-u, pokazao je da tkiva na naduvavanje (koristeći upijajuću smjesu koja se nalazi u pelenama) mogu držati ćelijske objekte podalje jedan od drugog. Tehnika, poznata kao inflaciona mikroskopija, dovela je do kvantnog skoka u rezoluciji mikroskopa, omogućavajući da se razluče strukture od oko 20 nm.
Tehnika Shaiba i Rizzolija spaja dvije metode za postizanje rezolucije ispod -1nm. Ova jasnoća je dovoljna da otkrije oblik pojedinačnih proteina, koji su ranije obično bili detaljnije snimljeni korišćenjem skupljih metoda strukturne biologije, kao što je krioelektronska mikroskopija.
Jednostavnost ekspanzione mikroskopije je dio njene privlačnosti, a Boyden procjenjuje da je više od 1,000 laboratorija usvojilo ovu tehniku. Uzorci se tretiraju hemikalijama koje imobiliziraju proteine na polimeru, koji nabubri do 1,000 puta svoje originalne veličine kada se doda voda, omogućavajući razdvajanje molekula. JEDNA tehnika mikroskopije također koristi toplinu ili enzime za razgradnju proteina, tako da se pojedinačni fragmenti rastežu u različitim smjerovima tokom procesa bubrenja.
Istraživači su koristili svoju metodu da snime slike neuromolekula, GABAA receptora, koji veoma podsjećaju na krio-elektronsku mikroskopiju visoke rezolucije i rendgenske kristalografske mape proteina. Također su uhvatili obris velikog dijela proteina zvanog ototoksin, čija struktura još nije utvrđena, a koji pomaže u prijenosu audio signala u mozgu. Oblik je sličan strukturnim predviđanjima koje je napravila AlphaFold mreža dubokog učenja.
Iako se metoda ne može mjeriti s rezolucijom krio-elektronske mikroskopije, koja u nekim slučajevima može otkriti detalje na skoro atomskom nivou manje od 0.2 nm, tehnike krio-elektronske mikroskopije su i slabe i skupe, Rizzoli rekao je, dodajući da JEDNA mikroskopija, nasuprot tome, može pružiti brz i lak način za razumijevanje strukture gotovo svakog molekula.
Dio motivacije za razvoj tehnologije bio je proširenje dostupnosti vrhunskih optičkih mikroskopa, rekao je Rizzoli. ONE mikroskopska metoda je dovoljno jednostavna da se može primijeniti na fluorescentne mikroskope, koji su zastarjeli 1990-ih.
Salma Tammam, farmaceutski tehnolog na njemačkom univerzitetu u Kairu, planira ovog ljeta poslati doktoranta da proučava ovu tehniku. Njena laboratorija proučava kako se nanočestice kreću kroz ćelije i žele da vide detalje o česticama i njihovim nosačima. Ali kao i mnogi istraživači u zemljama sa niskim i srednjim prihodima, oni nemaju pristup skupim mikroskopima super rezolucije.
Proširenje upotrebe mikroskopije super rezolucije važno je i za naučnike u dobro finansiranim institucijama, kaže Noa Lipstein, sinapsni biolog u Leibniz centru za molekularnu farmakologiju u Njemačkoj. Nedavno je osnovala nezavisnu istraživačku grupu i odlučila da primeni JEDNU mikroskopiju u njihovim proučavanjima sinaptičkih detalja.
