Резюме:
Сверхточный микроскоп, превосходящий ограничения Нобелевской премии в области микроскопии сверхвысокого разрешения, позволит ученым непосредственно измерять расстояния между отдельными молекулами.
Статья:
Медицинские исследователи UNSW достигли беспрецедентных возможностей разрешения в одномолекулярной микроскопии для обнаружения взаимодействий между отдельными молекулами внутри неповрежденных клеток.
Нобелевская премия по химии 2014 года была присуждена за разработку технологии флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения, которая позволила микроскопистам получить первое молекулярное изображение внутри клеток, что открыло новые молекулярные перспективы для сложных биологических систем и процессов.
Теперь предел обнаружения одномолекулярных микроскопов снова преодолен, и подробности об этом опубликованы в актуальном выпуске Science Advances.
В то время как отдельные молекулы уже можно было наблюдать и отслеживать с помощью микроскопа сверхвысокого разрешения, взаимодействия между этими молекулами происходят в масштабе, по крайней мере, в четыре раза меньшем, чем тот, который разрешается существующими одномолекулярными микроскопами.
"Причина, по которой точность локализации одномолекулярных микроскопов обычно составляет около 20-30 нанометров, заключается в том, что микроскоп фактически движется в то время, когда мы обнаруживаем этот сигнал. Это приводит к неопределенности", - говорит профессор Катарина Гаус (Katharina Gaus), руководитель исследовательской группы и глава австралийского узла EMBL компании UNSW Medicine в науке об одной молекуле.
Чтобы обойти эту проблему, команда построила автономные петли обратной связи внутри одномолекулярного микроскопа, который обнаруживает и повторно выравнивает оптический путь и стадию.
"Неважно, что вы делаете с этим микроскопом, он, по сути, находит свой путь назад с точностью до нанометра". Это умный микроскоп. Он делает все, что нужно оператору или инженеру по обслуживанию, и делает это 12 раз в секунду", - говорит профессор Гаус.
Измерение расстояния между белками
Система обратной связи, разработанная командой UNSW, совместима с существующими микроскопами и обеспечивает максимальную гибкость при пробоподготовке.
Это действительно простое и элегантное решение основной проблемы визуализации". Мы только что построили микроскоп внутри микроскопа, и все, что он делает, это выравнивает основной микроскоп". То, что найденное нами решение является простым и практичным, является настоящей силой, так как позволяет легко клонировать систему и быстро освоить новую технологию", - говорит профессор Гаус.
Чтобы продемонстрировать полезность своего сверхточного одномолекулярного микроскопа с обратной связью, исследователи использовали его для проведения прямых измерений расстояний между сигнальными белками в Т-клетках. Популярная гипотеза в клеточной иммунологии заключается в том, что эти иммунные клетки остаются в состоянии покоя, когда Т-клеточный рецептор находится рядом с другой молекулой, которая действует как тормоз.
Их высокоточный микроскоп смог показать, что эти две сигнальные молекулы на самом деле далее отделены друг от друга в активированных Т-клетках, освобождая тормоз и включая сигнализацию Т-клеточного рецептора.
"Обычные методы микроскопии не смогли бы точно измерить такое небольшое изменение, как расстояние между этими сигнальными молекулами в неподвижных Т-клетках и в активированных Т-клетках отличалось всего лишь на 4-7 нанометров", - говорит профессор Гаус.
"Это также показывает, насколько эти сигнальные машины чувствительны к пространственной сегрегации. Чтобы определить подобные регуляторные процессы, нам необходимо провести точные измерения расстояний, и именно это позволяет сделать этот микроскоп". Эти результаты иллюстрируют потенциал данной технологии для открытий, которые не могут быть сделаны никакими другими способами".
Исследователь, доктор Симао Перейра Коэльо, вместе с аспирантом Джонго Баеком, который с тех пор получил степень доктора философии, руководили проектированием, разработкой и созданием этой системы. За эту работу доктор Бэк также получил премию декана за выдающуюся докторскую диссертацию.
