Вирус иммунодефицита человека, или ВИЧ, воюет в наши тела, используя стратегию развивались на протяжении миллионов лет, которая превращает наших собственных клеточных автоматов против себя. Несмотря на огромные успехи в понимании этого заболевания, до сих пор существуют серьезные пробелы. В течение многих лет, ученые из Университета штата Юта хотел было способ, чтобы представить себе, как вирус, и его молекулы взаимодействуют с клетками человека в реальном времени. Так, исследовательская группа разработала один.
Новый метод использует интерферометрию, чтобы захватить очень высокое разрешение визуализации миллионы молекул движутся через вязкие гели или плазматической мембраной. Ipsita Саха, физики, докторант и ведущий автор исследования, разработали корреляционный анализ, который теоретически объяснил, как интерферометрии микроскопа можно различать два вида движения, течения и диффузия — и она и старший автор Saveez Saffarian проверена экспериментально. Метод приносит нам один шаг ближе к визуализации, как молекулы взаимодействуют в живой клетке.
«Уже существуют методы, которые захватывают как молекулы потока и рассеянного в двух измерениях. Мы хотели увидеть, что происходит во всей клеточной среде. Как эти молекулы работают? Какого рода взаимодействие происходит?», — сказал Саа, который также связан с Центром ячейки и науки генома (КИГ) в США
«До сих пор мы оставили только представьте себе эти взаимодействия. Мы имеем очень ограниченные способы на самом деле происходит в клетке и наблюдая, как все эти молекулы танцуют одновременно», — сказал Saffarian, доцент кафедры физики, адъюнкт-профессор биологии и филиала ККИ. «Мы действительно нужны для создания более высокого разрешения, методы, которые могут посмотреть на динамику биологических молекул».
В исследовании, опубликованном в журнале PLoS One на 18 декабря 2019 года.
Потока и диффузии
Функция клетки, как эффективное управление. Белки и другие молекулы, выполнять задания, разрабатывать продукты, общаются друг с другом и передвигаться, даже не покидая своей конкретной ячейке, чтобы пробраться в большой мир. Движение имеет решающее значение для молекул, чтобы найти и взаимодействовать друг с другом и с окружающей средой. Целью настоящего исследования различают два типа движений: потоков и диффузии.
Молекулы потока, когда они имеют уклон в сторону движущихся в определенном направлении. Диффузия происходит, когда молекулы движутся вокруг наугад. Чтобы понять, как функции клеток или вирусов, важно понять механику, как они двигаются.
«Эти молекулы несут разные вещи с одного места на другое, или там другие процессы?», — сказал САА. «Этот метод конкретно может различать потока и диффузии в трех измерениях».
Ученые использовали интерферометрический микроскоп, который измеряет расстояние, которое свет проходит за наномасштабах. Молекулы испускают фотоны, которые путешествуют, как световые волны, каждая с конкретными амплитуд и частот. Для эксперимента, микроскоп разделить луч света на два луча, которые путешествовали вниз разными путями, в конце концов, когда встречаются друг с другом. Эти пучки объединяются в призмы, и три отдельные отражения их комбинации изображены на три камеры. Помехи такие, что если молекула движется 80 нанометров, ее изображение перешло на другую камеру. Это чрезвычайно высокое разрешение-человека красных кровяных телец составляет около 7000 нанометров. Исследователи измерили разрешение в воксели, которые являются пикселей в трех измерениях.
SAHA и Saffarian создали сахарозы гель вводят с квантовыми точками — антропогенные наноразмерных кристаллов, которые проводят электроны. Квантовые точки производят сигнал о том, что микроскопом можно обнаружить. Сперва учить, как квантовые точки движутся в геле, ученые подтвердили техника, которая может быть применена как белки движутся внутрь клетки. Они охлаждают гель до комнатной температуры, чтобы замедлить вещества до скорости, что камеры могли зафиксировать.
«Вы на самом деле можете увидеть, если молекулы собираются в определенном направлении, или если они движутся хаотично. И вы можете сделать это в очень, очень маленьких воксели по большому сечению образца, который обладает огромным объемом информации», — сказал Saffarian. Ученые использовали Центра высокопроизводительных вычислений в U для обработки огромных объемов данных.
Исследователи измерили, как долго эти световые волны «вспомнили» друг друга путем расчета вероятности сколько времени волны сохраняют свою амплитуду и частоту, называется когерентной. Свет, излучаемый из одной и той же молекулы будут отображаться в камерах с той же последовательности. Они использовали функцию корреляции, чтобы выяснить, как молекулы движутся и в каком направлении. Если разделить световые лучи путешествуют по отдельным дорожкам менее 10 мкм друг от друга, они помнят, они вышли из одной молекулы. Когда световые лучи встретимся вновь, они будут рекомбинировать с этим знанием. Если они не знают друг друга, у них есть 30% вероятность появляться в любом из трех камер. Если они не помнят друг друга, у них есть 100% вероятность появления в одной камере, но с 0% вероятностью появляться в других. Этот метод измеряет свет, испускаемый из миллионов молекул одновременно, что делает этот метод идеально подходит для изучения потока и диффузии через клетки и ткани.
Совершенствование технологии
Хотя этот метод обнаруживает движение через вязкие гели или плазматических мембран, оно не способно создать карту частицы, движущиеся через сам телефон. Однако, САА и Saffarian сегодня сотрудничает с исследователями на русский ученый (фей) в Германии, чтобы построить прототип микроскопа с гораздо быстрее детекторы, которые смогут запечатлеть перемещения внутри живых клеток. Они являются частью патентной заявки на технологию и анализа данных экспериментов.
«Мы уже можем использовать этот метод для медленных процессов, но в нашей лаборатории, мы биологи на каком-то уровне. Мы хотим, чтобы действительно понять, как биология работает, а в стиме за всем этим развитие способ-понять, что такое сумасшедший танец молекул в клетках и тканях, что позволяет очень экзотических биологии, чтобы двигаться вперед? Чтобы попасть туда, нам нужно гораздо быстрее, детекторы», — сказал Saffarian.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!