Pomicanje granica mikroskopije super rezolucije: samoporavnavajuća mikroskopija
Ultra-precizna mikroskopija koja prevazilazi ograničenja mikroskopa super-rezolucije dobitnika Nobelove nagrade omogućit će naučnicima da direktno mjere udaljenosti između pojedinačnih molekula.
Medicinski istraživači na Univerzitetu Novog Južnog Velsa postigli su rezoluciju bez presedana u mikroskopiji sa jednom molekulom kako bi otkrili interakcije između pojedinačnih molekula unutar netaknutih ćelija.
Nobelova nagrada za hemiju 2014. godine dodijeljena je za razvoj tehnologije fluorescentne mikroskopije super-rezolucije, koja je mikroskopistima omogućila prvi molekularni pogled na unutrašnjost ćelije, što je karakteristika koja pruža nove molekularne poglede na složene biološke sisteme i procese.
Sada su granice detekcije mikroskopije s jednom molekulom još jednom pomaknute, a detalji su objavljeni u najnovijem izdanju Science Advances.
Bilo je moguće promatrati i pratiti pojedinačne molekule mikroskopima ultravisoke rezolucije, ali interakcije između ovih molekula se dešavaju na skali koja je najmanje četiri puta manja od one koju razlučuju postojeći mikroskopi s jednom molekulom.
"Razlog zašto mikroskopi s jednom molekulom obično imaju tačnost lokalizacije oko 20 do 30 nanometara je obično zato što se mikroskop zapravo pomiče kada detektuje signale. To dovodi do nesigurnosti. Koristeći postojeće instrumente super-rezolucije, možemo ne uspjeti utvrditi je li jedan protein vezan za drugi jer je razmak između njih kraći od nesigurnosti u njihovim pozicijama."
Da bi riješio ovaj problem, tim je izgradio automatiziranu povratnu petlju unutar mikroskopa s jednom molekulom koja detektuje i ponovo poravnava optičku putanju i zrcalo.
"Nije važno šta radite sa ovim mikroskopom, on u osnovi pronalazi povratnu putanju sa nanometarskom preciznošću. To je pametan mikroskop. Može da uradi sve što operater ili serviser treba da uradi i to 12 puta u sekundi. " Goss je rekao.
Mjerenje udaljenosti između proteina
Sa dizajnom i metodologijom iznesenim u ovom radu, tim UNSW je dizajnirao sistem povratnih informacija koji je kompatibilan sa postojećim mikroskopima i pruža maksimalnu fleksibilnost za pripremu uzoraka.
"Ovo je vrlo jednostavno i elegantno rješenje za veliki problem snimanja. Upravo smo napravili mikroskop unutar mikroskopa i sve što smo uradili je da poravnamo glavni mikroskop. Jednostavnost i praktičnost rješenja koje smo pronašli je njegova prava snaga. Lako je klonirajte sistem i brzo usvojite nove tehnologije." Goss je rekao.
Kako bi demonstrirali korisnost svog ultra-preciznog mikroskopa s jednom molekulom s povratnom spregom, istraživači su ga koristili za direktna mjerenja udaljenosti između signalnih proteina u T stanicama. Uobičajena pretpostavka u ćelijskoj imunologiji je da ove imunološke ćelije ostaju mirne kada je receptor T-ćelija blizu drugog molekula koji djeluje kao kočnica.
Njihova mikroskopija visoke preciznosti je bila u stanju da pokaže da su dva signalna molekula zapravo dalje odvojena jedan od drugog u aktiviranim T ćelijama, otpuštajući kočnicu i uključivajući signalizaciju receptora T ćelija.
Prof. Goss je rekao: "Konvencionalne tehnike mikroskopije ne bi mogle precizno izmjeriti tako malu promjenu jer se udaljenost između ovih signalnih molekula u mirnim i aktiviranim T ćelijama razlikuje za samo 4-7 nanometara."
"Ovo također pokazuje koliko su ovi signalni mehanizmi osjetljivi na prostornu izolaciju. Da bismo identificirali takve regulatorne procese, moramo izvršiti precizna mjerenja udaljenosti, što ovaj mikroskop omogućava. Ovi rezultati ilustruju da je tehnologija u otkriću i da se ne može proizvesti ni u jednom drugi naćin."
