Najwyższa rozdzielczość w trzech wymiarach

Metody mikroskopii superrozdzielczej są niezbędne do odkrywania struktur komórkowych i dynamiki molekularnej. Odkąd naukowcy przekroczyli granicę rozdzielczości wynoszącą około 250 nanometrów (i otrzymali za swoje wysiłki Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2014 r.), którą od dawna uważano za absolutną, metody mikroskopii szybko ewoluowały. Teraz zespół kierowany przez chemika z LMU, profesora Philipa Tinnefelda, poczynił dalsze postępy, łącząc różne metody, osiągając najwyższą rozdzielczość w przestrzeni 3D i torując drogę całkowicie nowemu podejściu do szybszego obrazowania gęstych struktur molekularnych. Nowa metoda pozwala na osiową precyzję poniżej 0,3 nanometra.

Naukowcy połączyli tzw. metodę pMINFLUX opracowaną przez zespół Tinnefelda z podejściem wykorzystującym specjalne właściwości grafenu jako odbiornika energii. pMINFLUX opiera się na pomiarze intensywności fluorescencji cząstek wzbudzanych przez impulsy laserowe. Metoda ta umożliwia rozróżnienie ich odległości poprzecznych z dokładnością zaledwie do 1 nm. Grafen pochłania energię cząsteczki fluorescencyjnej w odległości nie większej niż 40 nanometrów od jej powierzchni. Dlatego intensywność fluorescencji cząsteczki zależy od jej odległości od grafenu i może być wykorzystana do pomiaru odległości osiowej.

DNA-PAINT zwiększa prędkość

Tak więc połączenie pMINFLUX i tak zwanego transferu energii grafenu (GET) dostarcza informacji o odległościach molekularnych we wszystkich trzech wymiarach – i to w najwyższej możliwej do tej pory rozdzielczości poniżej 0,3 nanometra. „Wysoka rozdzielczość GET-pMINFLUX otwiera drzwi do nowych podejść do ulepszenia mikroskopii superrozdzielczej” – mówi Jonas Zähringer, główny autor artykułu.

Naukowcy wykorzystali to również do zwiększenia szybkości mikroskopii superrozdzielczej. W tym celu oparli się na nanotechnologii DNA, aby opracować tak zwane podejście L-PAINT. W przeciwieństwie do DNA-PAINT, technologii, która zapewnia najwyższą wierność poprzez wiązanie i rozłączanie nici DNA znakowanej barwnikiem fluorescencyjnym, nić DNA w L-PAINT ma dwie sekwencje wiążące. Ponadto naukowcy zaprojektowali hierarchię splicingu, tak aby nić DNA L-PAINT wiązała się dłużej po jednej stronie. Dzięki temu drugi koniec nici może lokalnie skanować pozycje cząsteczek z dużą szybkością.

„Oprócz zwiększonej prędkości pozwala to na szybsze oczyszczanie gęstych gromad ze zniekształceń spowodowanych dryfem termicznym” – mówi Tinnefeld. „Połączenie GET-pMINFLUX i L-PAINT umożliwia nam badanie struktur i dynamiki na poziomie molekularnym, które są kluczowe dla naszego zrozumienia interakcji biomolekularnych w komórkach”.