Hyviä uutisia: halvalla mikroskoopilla voidaan myös saada superresoluutioisia kuvia
Nanologien Ali Shaibin ja Silvio Rizzolin ryhmä Göttingenin yliopiston lääketieteellisessä keskuksessa Saksassa on kehittänyt menetelmän tavalliseen valomikroskopiaan - ONE Microscope -tekniikan - joka tallentaa kuvia yksittäisistä proteiineista ja ennennäkemättömistä solurakenteista samalla tasolla. yksityiskohtia, jotka ylittävät jopa usean miljoonan dollarin "superresoluutioisen" mikroskoopin. monen miljoonan dollarin "superresoluutioiset" mikroskoopit. Tulokset julkaistiin preprint-verkkosivustolla bioRxiv.
"Mikroskopiatekniikassa pitäisi olla jonkinlainen demokratia." Rizzoli huomauttaa, että uuden teknologian korkea resoluutio on sovellettavissa moniin, ei harvoihin varakkaisiin laboratorioihin.
Perinteisten optisten mikroskooppien kykyjä rajoittavat optiikan lait, mikä tarkoittaa, että alle 200 nm:n kohteiden havainnot ovat sumeita, Rizzoli sanoi ja lisäsi, että tutkijat ovat kehittäneet fysiikan ulkopuolisia superresoluutiomenetelmiä, jotka voivat laskea tämän rajan noin 10:een. nm. Tämä menetelmä, joka voitti vuoden 2014 Nobelin kemiassa, käyttää optisia temppuja proteiineihin kiinnittyneiden fluoresoivien molekyylien tunnistamiseen.
Vuonna 2015 tutkijat ehdottivat toista tapaa kiertää optinen raja. Yhdysvaltalaisen Massachusetts Institute of Technologyn hermoinsinöörin Edward Boydenin johtama tutkijaryhmä osoitti, että puhallettavat kudokset (käyttäen vaippoissa olevaa imukykyistä yhdistettä) voivat pitää solun esineet poissa toisistaan. Tekniikka, joka tunnetaan nimellä inflaatiomikroskopia, on johtanut kvanttiharppaukseen mikroskoopin resoluutiossa, mikä mahdollistaa noin 20 nm:n rakenteiden erottamisen.
Shaibin ja Rizzolin tekniikka yhdistää nämä kaksi menetelmää sub{0}}nm:n resoluution saavuttamiseksi. Tämä selkeys riittää paljastamaan yksittäisten proteiinien muodon, joita aiemmin tyypillisesti kuvattiin yksityiskohtaisemmin kalliimmilla rakennebiologisilla menetelmillä, kuten kryoelektronimikroskoopilla.
Laajennusmikroskoopin yksinkertaisuus on osa sen vetovoimaa, ja Boyden arvioi, että yli 1,000 laboratorio on ottanut tekniikan käyttöön. Näytteet käsitellään kemikaaleilla, jotka kiinnittävät proteiinit polymeeriin, joka turpoaa 1,000 kertaa alkuperäiseen kokoonsa, kun vettä lisätään, jolloin molekyylit voidaan erottaa. ONE-mikroskooppitekniikka käyttää myös lämpöä tai entsyymejä hajottaakseen proteiinit, jolloin yksittäiset fragmentit venyvät eri suuntiin turvotusprosessin aikana.
Tutkijat ovat käyttäneet menetelmäään tallentaessaan kuvia neuromolekyylistä, GABAA-reseptorista, joka muistuttaa läheisesti korkearesoluutioisia kryoelektronimikroskooppia ja proteiinien röntgenkristallografiakarttoja. He ovat myös tallentaneet ääriviivat suuresta ototoksiini-nimistä proteiinipalasta, jonka rakennetta ei ole vielä määritetty ja joka auttaa välittämään äänisignaaleja aivoissa. Muoto on samanlainen kuin AlphaFoldin syväoppimisverkoston tekemät rakenteelliset ennusteet.
Vaikka menetelmä ei vastaa kryoelektronimikroskoopin resoluutiota, joka joissakin tapauksissa voi paljastaa lähes atomitason yksityiskohtia, jotka ovat pienempiä kuin 0,2 nm, kryoelektronimikroskooppitekniikat ovat sekä niukkoja että kalliita, Rizzoli sanoi ja lisäsi, että ONE mikroskopia sen sijaan voi tarjota nopean ja helpon tavan ymmärtää melkein minkä tahansa molekyylin rakenne.
Osa teknologian kehittämisen motivaatiota oli laajentaa huippuluokan optisten mikroskooppien saatavuutta, Rizzoli sanoi. ONE-mikroskooppimenetelmä on riittävän yksinkertainen, jotta sitä voidaan soveltaa fluoresenssimikroskooppeihin, jotka vanhentuivat 1990-luvulla.
Kairossa sijaitsevan saksalaisen yliopiston lääketeknikko Salma Tammam aikoo lähettää tohtoriopiskelijan opiskelemaan tekniikkaa tänä kesänä. Hänen laboratorionsa tutkii, kuinka nanohiukkaset liikkuvat solujen läpi, ja he haluavat nähdä yksityiskohtia hiukkasista ja niiden kantajista. Mutta kuten monet tutkijat matala- ja keskituloisissa maissa, heillä ei ole pääsyä kalliisiin superresoluutiomikroskooppeihin.
Superresoluutiomikroskoopin käytön laajentaminen on tärkeää myös hyvin rahoitettujen laitosten tutkijoille, sanoo Noa Lipstein, synapsibiologi Leibnizin molekyylifarmakologian keskuksesta Saksassa. Hän perusti äskettäin riippumattoman tutkimusryhmän ja päätti soveltaa ONE-mikroskopiaa synaptisten yksityiskohtien tutkimuksiinsa.
