Dobra novica: poceni mikroskopi lahko dobijo tudi slike v super ločljivosti
Skupina nanologov Ali Shaiba in Silvia Rizzolija na Univerzitetnem medicinskem centru v Göttingenu v Nemčiji je razvila metodo za navadno svetlobno mikroskopijo – tehniko ONE Microscope – ki posname slike posameznih proteinov in še nikoli prej videnih celičnih struktur na ravni podrobnosti, ki presegajo celo več milijonov dolarjev vreden mikroskop "super ločljivosti". večmilijonske "super-ločljivostne" mikroskope. Ugotovitve so bile objavljene na spletni strani za prednatis bioRxiv.
"V mikroskopski tehnologiji bi morala obstajati neka oblika demokracije." Rizzoli poudarja, da je visoka ločljivost nove tehnologije uporabna v številnih, ne v redkih premožnih laboratorijih.
Zmogljivosti običajnih optičnih mikroskopov so omejene z zakoni optike, kar pomeni, da so opazovanja predmetov, manjših od 200 nm, nejasna, je dejal Rizzoli in dodal, da so raziskovalci razvili onstran fizikalnih metod super ločljivosti, ki lahko to mejo zmanjšajo na približno 10 nm. Ta metoda, ki je leta 2014 prejela Nobelovo nagrado za kemijo, uporablja optične trike za natančno določanje fluorescentnih molekul, pritrjenih na beljakovine.
Leta 2015 so raziskovalci predlagali drug način za izogibanje optični meji. Skupina raziskovalcev, ki jo vodi Edward Boyden, nevronski inženir na tehnološkem inštitutu Massachusetts v ZDA, je pokazala, da lahko napihljivi robčki (z uporabo vpojne spojine, ki jo najdemo v plenicah) držijo celične predmete stran drug od drugega. Tehnika, znana kot inflacijska mikroskopija, je privedla do kvantnega skoka v ločljivosti mikroskopa, ki omogoča ločevanje struktur okoli 20 nm.
Tehnika Shaiba in Rizzolija združuje obe metodi za doseganje ločljivosti pod-1nm. Ta jasnost je dovolj, da razkrije obliko posameznih proteinov, ki so bili prej običajno podrobneje prikazani z uporabo dražjih metod strukturne biologije, kot je krioelektronska mikroskopija.
Enostavnost ekspanzijske mikroskopije je del njene privlačnosti in Boyden ocenjuje, da je to tehniko sprejelo več kot 1{1}} laboratorijev. Vzorci so obdelani s kemikalijami, ki imobilizirajo beljakovine na polimeru, ki ob dodajanju vode nabrekne na 1,000-kratno prvotno velikost, kar omogoča ločitev molekul. Mikroskopska tehnika ONE za razgradnjo uporablja tudi toploto ali encime beljakovine, tako da se posamezni fragmenti med nabrekanjem raztegnejo v različne smeri.
Raziskovalci so uporabili svojo metodo za snemanje slik nevromolekule, receptorja GABAA, ki je zelo podoben krioelektronski mikroskopiji visoke ločljivosti in rentgenskim kristalografskim zemljevidom proteinov. Ujeli so tudi obris velikega kosa proteina, imenovanega ototoksin, katerega struktura še ni bila določena, ki pomaga prenašati zvočne signale v možganih. Oblika je podobna strukturnim napovedim, ki jih je naredilo omrežje za globoko učenje AlphaFold.
Čeprav se metoda ne more ujemati z ločljivostjo krioelektronske mikroskopije, ki lahko v nekaterih primerih razkrije podrobnosti na skoraj atomski ravni, manjše od 0.2 nm, so tehnike krioelektronske mikroskopije skromne in drage, Rizzoli je dejal in dodal, da lahko ONE mikroskopija, nasprotno, zagotovi hiter in enostaven način za razumevanje strukture skoraj katere koli molekule.
Del motivacije za razvoj tehnologije je bila razširitev dostopnosti najsodobnejših optičnih mikroskopov, je dejal Rizzoli. mikroskopska metoda ONE je dovolj preprosta, da se lahko uporablja za fluorescenčne mikroskope, ki so postali zastareli v devetdesetih letih prejšnjega stoletja.
Salma Tammam, farmacevtska tehnologinja na nemški univerzi v Kairu, načrtuje, da bo to poletje poslala doktorskega študenta, ki bo študiral to tehniko. Njen laboratorij proučuje, kako se nanodelci premikajo skozi celice, in želijo videti podrobnosti o delcih in njihovih nosilcih. Toda tako kot mnogi raziskovalci v državah z nizkimi in srednjimi dohodki tudi oni nimajo dostopa do dragih mikroskopov visoke ločljivosti.
Razširitev uporabe mikroskopije z visoko ločljivostjo je pomembna tudi za znanstvenike v dobro financiranih ustanovah, pravi Noa Lipstein, biologinja sinaps v Leibnizovem centru za molekularno farmakologijo v Nemčiji. Pred kratkim je ustanovila neodvisno raziskovalno skupino in se odločila uporabiti ENO mikroskopijo za svoje študije sinaptičnih podrobnosti.
