İyi haber: Ucuz mikroskoplar da süper çözünürlüklü görüntüler elde edebilir
Almanya'nın Göttingen kentindeki Üniversite Tıp Merkezi'nden nanologlar Ali Shaib ve Silvio Rizzoli'den oluşan ekip, bireysel proteinlerin ve daha önce hiç görülmemiş hücre yapılarının görüntülerini belirli bir seviyede kaydeden, sıradan ışık mikroskobu için bir yöntem - ONE Mikroskop tekniği - geliştirdi. Milyon dolarlık bir "süper çözünürlüklü" mikroskobunkini bile aşan bir ayrıntıya sahip. multi-milyon dolarlık "süper çözünürlüklü" mikroskoplar. Bulgular ön baskı web sitesi bioRxiv'de yayınlandı.
"Mikroskopi teknolojisinde bir çeşit demokrasi olmalı." Rizzoli, yeni teknolojinin yüksek çözünürlüğünün birkaç varlıklı laboratuvara değil, çoğuna uygulanabilir olduğuna dikkat çekiyor.
Geleneksel optik mikroskopların yeteneklerinin optik yasalarıyla sınırlı olduğunu, bunun da 200 nm'den küçük nesnelerin gözlemlerinin bulanık olduğu anlamına geldiğini söyleyen Rizzoli, araştırmacıların bu sınırı yaklaşık 10 nm'ye indirebilecek fizik ötesi süper çözünürlük yöntemleri geliştirdiklerini de sözlerine ekledi. nm. 2014 Nobel Kimya Ödülü'nü kazanan bu yöntem, proteinlere bağlı floresan moleküllerin yerini belirlemek için optik hileler kullanıyor.
2015 yılında araştırmacılar optik sınırı aşmanın başka bir yolunu önerdiler. ABD'deki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde sinir mühendisi olan Edward Boyden liderliğindeki bir araştırma ekibi, şişirilebilen dokuların (bebek bezlerinde bulunan emici bir bileşiği kullanarak) hücresel nesneleri birbirinden uzak tutabildiğini gösterdi. Enflasyon mikroskobu olarak bilinen teknik, mikroskop çözünürlüğünde büyük bir sıçramaya yol açarak yaklaşık 20 nm'lik yapıların çözülmesine olanak sağladı.
Shaib ve Rizzoli'nin tekniği,-1nm altı çözünürlük elde etmek için iki yöntemi birleştiriyor. Bu netlik, daha önce tipik olarak kriyo-elektron mikroskobu gibi daha pahalı yapısal biyoloji yöntemleri kullanılarak daha ayrıntılı olarak görüntülenen tek tek proteinlerin şeklini ortaya çıkarmak için yeterlidir.
Genişletme mikroskobunun basitliği, çekiciliğinin bir parçasıdır ve Boyden, 1000'den fazla laboratuvarın bu tekniği benimsediğini tahmin etmektedir. Numuneler, proteinleri, su eklendiğinde orijinal boyutunun 1000 katına kadar şişen ve moleküllerin ayrılmasına olanak tanıyan bir polimer üzerinde hareketsiz hale getiren kimyasallarla işlenir.ONE mikroskopi tekniği ayrıca parçalamak için ısı veya enzimler kullanır. Böylece proteinler şişme süreci sırasında tek tek parçalar farklı yönlere gerilir.
Araştırmacılar, proteinlerin yüksek çözünürlüklü kriyo-elektron mikroskobu ve X-ışını kristalografi haritalarına çok benzeyen bir nöromolekül olan GABAA reseptörünün resimlerini kaydetmek için kendi yöntemlerini kullandılar. Ayrıca ototoksin adı verilen, yapısı henüz belirlenemeyen ve beyinde ses sinyallerinin iletilmesine yardımcı olan büyük bir protein parçasının ana hatlarını da yakaladılar. Şekil, AlphaFold derin öğrenme ağı tarafından yapılan yapısal tahminlere benzer.
Yöntem, bazı durumlarda 0,2 nm'den daha küçük atom düzeyine yakın ayrıntıları ortaya çıkarabilen kriyo-elektron mikroskobunun çözünürlüğüyle eşleşemese de, kriyo-elektron mikroskobu teknikleri hem zayıf hem de pahalıdır, Rizzoli ONE mikroskobunun ise hemen hemen her molekülün yapısını anlamanın hızlı ve kolay bir yolunu sağlayabileceğini ekledi.
Rizzoli, teknolojiyi geliştirme motivasyonunun bir kısmının son teknoloji ürünü optik mikroskopların erişilebilirliğini genişletmek olduğunu söyledi. ONE mikroskop yöntemi, 1990'larda geçerliliğini yitiren floresans mikroskoplara uygulanabilecek kadar basittir.
Kahire'deki Alman Üniversitesi'nde farmasötik teknoloji uzmanı olan Salma Tammam, bu yaz tekniği incelemek üzere bir doktora öğrencisini göndermeyi planlıyor. Laboratuvarı nanopartiküllerin hücrelerde nasıl hareket ettiğini araştırıyor ve partiküllerin ve taşıyıcılarının ayrıntılarını görmek istiyorlar. Ancak düşük ve orta gelirli ülkelerdeki birçok araştırmacı gibi onların da pahalı, süper çözünürlüklü mikroskoplara erişimleri yok.
Almanya'daki Leibniz Moleküler Farmakoloji Merkezi'nde sinaps biyoloğu olan Noa Lipstein, süper çözünürlüklü mikroskopi kullanımının yaygınlaştırılmasının iyi finanse edilen kurumlardaki bilim adamları için de önemli olduğunu söylüyor. Yakın zamanda bağımsız bir araştırma grubu kurdu ve sinaptik ayrıntılarla ilgili çalışmalarına ONE mikroskopisini uygulamayı seçti.
