Определение биомолекул с нанометровой точностью

Невозможно понять жизнь, не имея четкое представление о микроскопических взаимодействий между молекулами, которые происходят внутри и вокруг клеток. Микроскопы и были бесценным инструментом для исследователей в этой области, и много различных типов микроскопов и методов микроскопии существует. Соответственно, эти различные методики предназначены для разных целей и имеют свои преимущества и недостатки.

В биологии и медицине в частности, исследователи ищут методы микроскопии для получения трехмерной информации о расположении и ориентации отдельных молекул внутри клеток в нанометровом масштабе. Одним из возможных подходов для достижения этой цели является криогенный (то есть при очень низких температурах) электронная томография. Однако этот метод не может быть использован для наблюдения внутренних клеток и ограничивается тонкими ломтиками, извлеченной из образца клеток, которые уже не так полезны, как возможность непосредственно локализовать молекулы внутри интактных клеток.

Для получения более полезным измерений, видимый свет может быть использован для освещения специальные образцы в так называемой флюоресцентной микроскопии. При использовании этого метода, целевой молекулы помечены как «маркеры», которые представляют собой крошечные молекулы, которые поглощают энергию от света определенного цвета (частоты), а затем переизлучать его светящимся. Хотя такой подход, как сообщается, быть полезным для локализации отдельных флуорофоров в плоскости XY (плоская поверхность), значимые для 3D локализация биомолекул требует большей точности в Z-направлении или глубину, чем это возможно сейчас.

Именно поэтому группа исследователей из Токио технологий, в том числе доктор Сатору интернет, Нагойский университет и Университет Киото вникал глубоко в крио-микроскопии флуоресцирования, чтобы разобраться в источниках погрешности таких измерений и способов их исправления. Эти образцы были использованы молекулы ДНК известной длины (10 нм) с различными флуорофоров на каждом конце.

Изначально, после получения изображения обоих флуорофоров и определения расстояния между ними, чтобы увидеть, если она соответствует длине молекулы ДНК, был существенную ошибку в своих измерениях. Это было вызвано ориентации флуорофора в 3D-пространстве, который не всегда находится на одном уровне с плоскостью наблюдения, а вместо этого был наклонен или наклонной. Это известно как «эффект дипольной ориентации» и является серьезным сдерживающим фактором в флуоресцентной микроскопии. Эффект связан с плохим точность измерения в Z-направлении и, как показали исследователи, может быть исправлена.

Это где измерения в криогенных условиях вступает в игру. Молекулы мгновенно застыли на месте, позволяя для высокой точности 3D измерения, счетчик эффекта дипольной ориентации. Точность (воспроизводимость), с которой флуорофоров были расположены составляла ±1 нм в плоскости наблюдения и ±11 нм в Z-направлении или глубину, что является беспрецедентным для данного вида микроскопии. За счет этих исправлений, исследователям удалось найти флуорофоров на молекулы ДНК с точностью до нанометра (соглашение с истинным значением). «Путем исправления эффекта дипольной ориентации, нам удалось повысить точность локализации этих флуорофоров на уровне нанометра», — замечает доктор интернет.

Исследовательская группа продолжит свою работу на этом подходе с помощью пары флуорофоров, специально разработанная для криогенного условия, при которых они рассчитывают получить еще лучшие результаты. «Это типа крио-микроскопии флуоресцирования будет способствовать выявлению механизмов и процессов внутри клетки на молекулярном уровне», — заключает доктор интернет. Достижения в области микроскопии, безусловно, помогают нам в нашем стремлении понять жизнь и продвинуться в области медицины и биоинженерии.

сделать разницу: спонсорские возможности