Dobrá zpráva: levné mikroskopy mohou také získat snímky v super rozlišení
Tým nanologů Ali Shaib a Silvio Rizzoli z University Medical Center v německém Göttingenu vyvinul metodu pro běžnou světelnou mikroskopii – techniku ONE Microscope – která zaznamenává obrazy jednotlivých proteinů a dosud neviděných buněčných struktur v úrovni detailů, které převyšují dokonce i mikroskopy s "superrozlišením" v hodnotě mnoha milionů dolarů. mikroskopy s "superrozlišením" za mnoho milionů dolarů. Zjištění byla zveřejněna na předtiskovém webu bioRxiv.
"V mikroskopické technologii by měla existovat nějaká forma demokracie." Rizzoli poukazuje na to, že vysoké rozlišení nové technologie je použitelné v mnoha, nikoli v několika bohatých laboratořích.
Schopnosti konvenčních optických mikroskopů jsou omezeny zákony optiky, což znamená, že pozorování objektů menších než 200 nm jsou neostré, řekl Rizzoli a dodal, že výzkumníci vyvinuli mimofyzikální superrozlišovací metody, které mohou snížit tento limit na přibližně 10. nm. Tato metoda, která získala v roce 2014 Nobelovu cenu za chemii, využívá optické triky k přesnému určení fluorescenčních molekul připojených k proteinům.
V roce 2015 vědci navrhli další způsob, jak obejít optický limit. Tým výzkumníků vedený Edwardem Boydenem, neurálním inženýrem z Massachusettského technologického institutu v USA, ukázal, že nafukovací tkáně (s použitím absorpční sloučeniny nacházející se v plenkách) mohou udržet buněčné předměty od sebe. Technika, známá jako inflační mikroskopie, vedla ke kvantovému skoku v rozlišení mikroskopu, což umožňuje rozlišení struktur kolem 20nm.
Technika Shaiba a Rizzoliho spojuje tyto dvě metody k dosažení sub-1nm rozlišení. Tato jasnost je dostatečná k odhalení tvaru jednotlivých proteinů, které byly dříve obvykle podrobněji zobrazeny pomocí dražších metod strukturní biologie, jako je kryo-elektronová mikroskopie.
Jednoduchost expanzní mikroskopie je součástí její přitažlivosti a Boyden odhaduje, že tuto techniku přijalo více než 1,{1}} laboratoří. Vzorky jsou ošetřeny chemikáliemi, které imobilizují proteiny na polymeru, který po přidání vody nabobtná na 1,000násobek své původní velikosti, což umožňuje separaci molekul. JEDNA mikroskopická technika také využívá teplo nebo enzymy k rozkladu proteiny, takže jednotlivé fragmenty jsou během procesu bobtnání natahovány různými směry.
Vědci použili svou metodu k záznamu snímků neuromolekuly, receptoru GABAA, který se velmi podobá kryo-elektronové mikroskopii s vysokým rozlišením a rentgenovým krystalografickým mapám proteinů. Zachytili také obrys velkého kusu proteinu zvaného ototoxin, jehož struktura dosud nebyla stanovena a který pomáhá přenášet zvukové signály v mozku. Tvar je podobný strukturálním předpovědím vytvořeným sítí hlubokého učení AlphaFold.
I když se tato metoda nemůže rovnat rozlišení kryo-elektronové mikroskopie, která v některých případech může odhalit detaily blízké atomové úrovni menší než 0,2 nm, techniky kryoelektronové mikroskopie jsou maličké a drahé, Rizzoli řekl a dodal, že naproti tomu mikroskopie ONE může poskytnout rychlý a snadný způsob, jak porozumět struktuře téměř jakékoli molekuly.
Součástí motivace pro vývoj technologie bylo rozšířit dostupnost špičkových optických mikroskopů, řekl Rizzoli. metoda ONE mikroskopu je dostatečně jednoduchá, aby byla použitelná pro fluorescenční mikroskopy, které se staly zastaralými v 90. letech.
Salma Tammam, farmaceutická technologka z Německé univerzity v Káhiře, plánuje vyslat doktoranda, aby tuto techniku studoval letos v létě. Její laboratoř studuje, jak se nanočástice pohybují buňkami, a chtějí vidět detaily částic a jejich nosičů. Ale stejně jako mnoho výzkumníků v zemích s nízkými a středními příjmy nemají přístup k drahým mikroskopům s vysokým rozlišením.
Rozšíření používání mikroskopie s vysokým rozlišením je také důležité pro vědce v dobře financovaných institucích, říká Noa Lipstein, biolog synapse z Leibniz Center for Molecular Pharmacology v Německu. Nedávno založila nezávislou výzkumnou skupinu a rozhodla se aplikovat JEDNU mikroskopii na jejich studium synaptických detailů.
