Superresoluutioisen mikroskopian rajojen ylittäminen: itsesuuntautuva mikroskopia
Nobel-palkitun superresoluutiomikroskoopin rajoitukset ylittävän erittäin tarkan mikroskoopin avulla tutkijat voivat mitata suoraan yksittäisten molekyylien välisiä etäisyyksiä.
Uuden Etelä-Walesin yliopiston lääketieteen tutkijat ovat saavuttaneet ennennäkemättömän resoluution yksimolekyylisellä mikroskopialla havaitakseen yksittäisten molekyylien välisiä vuorovaikutuksia koskemattomissa soluissa.
Vuoden 2014 kemian Nobel-palkinto myönnettiin superresoluutioisen fluoresenssimikroskopiatekniikan kehittämisestä, joka tarjosi mikroskooppeille ensimmäisen molekyylikuvan solun sisältä, ominaisuuden, joka tarjoaa uusia molekyylinäkymiä monimutkaisista biologisista systeemeistä ja prosesseista.
Nyt yksimolekyylisen mikroskopian havaitsemisrajoja on siirretty jälleen, ja yksityiskohdat on julkaistu Science Advances -lehden uusimmassa numerossa.
Yksittäisiä molekyylejä on voitu tarkkailla ja seurata ultrakorkearesoluutioisilla mikroskoopeilla, mutta näiden molekyylien välinen vuorovaikutus tapahtuu mittakaavassa, joka on vähintään neljä kertaa pienempi kuin olemassa olevien yksimolekyylisten mikroskooppien erottama.
"Syy, miksi yksimolekyylisten mikroskooppien paikannustarkkuus on tyypillisesti noin 20-30 nanometriä, johtuu yleensä siitä, että mikroskooppi todella liikkuu havaitessaan signaaleja. Tämä johtaa epävarmuuteen. Olemassa olevia superresoluutiolaitteita käyttämällä emme pysty määrittämään, onko jokin proteiini sitoutunut toinen, koska niiden välinen etäisyys on lyhyempi kuin heidän asemiensa epävarmuus."
Tämän ongelman ratkaisemiseksi tiimi rakensi yksimolekyyliseen mikroskooppiin automaattisen palautesilmukan, joka havaitsee ja kohdistaa uudelleen optisen polun ja peilivaiheen.
"Sillä ei ole väliä mitä teet tällä mikroskoopilla, se löytää periaatteessa paluupolun nanometrin tarkkuudella. Se on älykäs mikroskooppi. Se voi tehdä kaiken, mitä käyttäjä tai huoltoinsinööri tarvitsee, ja se pystyy tekemään sen 12 kertaa sekunnissa. " Professori Goss sanoi.
Proteiinien välisen etäisyyden mittaaminen
Tässä artikkelissa esitetyn suunnittelun ja metodologian avulla UNSW-tiimi on suunnitellut palautejärjestelmän, joka on yhteensopiva olemassa olevien mikroskooppien kanssa ja tarjoaa maksimaalisen joustavuuden näytteen valmistelussa.
"Tämä on hyvin yksinkertainen ja tyylikäs ratkaisu suureen kuvantamisongelmaan. Rakensimme juuri mikroskoopin mikroskoopin sisään ja teimme vain päämikroskoopin kohdistamisen. Löysimme ratkaisun yksinkertaisuus ja käytännöllisyys on sen todellinen vahvuus. Se on helppo kloonaa järjestelmä ja omaksu uusia teknologioita nopeasti." Professori Goss sanoi.
Osoittaakseen sen erittäin tarkan palautemikroskoopin käyttökelpoisuuden tutkijat käyttivät sitä suorien etäisyysmittausten tekemiseen T-solujen signaaliproteiinien välillä. Yleinen oletus soluimmunologiassa on, että nämä immuunisolut pysyvät lepotilassa, kun T-solureseptori on lähellä toista molekyyliä, joka toimii jarruna.
Niiden korkean tarkkuuden mikroskopia pystyi osoittamaan, että nämä kaksi signalointimolekyyliä olivat itse asiassa edelleen erillään toisistaan aktivoiduissa T-soluissa, mikä vapauttaa jarrun ja käynnisti T-solureseptorisignaloinnin.
Professori Goss sanoi: "Perinteiset mikroskopiatekniikat eivät pystyisi mittaamaan tarkasti näin pientä muutosta, koska näiden signaalimolekyylien välinen etäisyys lepotilassa olevissa ja aktivoiduissa T-soluissa eroaa vain 4-7 nanometriä."
"Tämä osoittaa myös, kuinka herkkiä nämä signalointimekanismit ovat spatiaaliselle eristäytymiselle. Tällaisten säätelyprosessien tunnistamiseksi meidän on suoritettava tarkkoja etäisyysmittauksia, minkä tämä mikroskooppi mahdollistaa. Nämä tulokset osoittavat, että tekniikka on löydettävissä eikä sitä voida valmistaa missään. toinen suunta."
