דוחף את הגבולות של מיקרוסקופיה ברזולוציה על: מיקרוסקופיה מיישרת עצמית
מיקרוסקופ אולטרה-דיוק החורגת מהמגבלות של מיקרוסקופ רזולוציית העל זוכה פרס נובל תאפשר למדענים למדוד ישירות את המרחקים בין מולקולות בודדות.
חוקרים רפואיים מאוניברסיטת ניו סאות' ויילס השיגו רזולוציה חסרת תקדים במיקרוסקופיה של מולקולה אחת כדי לזהות אינטראקציות בין מולקולות בודדות בתוך תאים שלמים.
פרס נובל לכימיה לשנת 2014 הוענק על פיתוח טכנולוגיית מיקרוסקופ פלואורסצנטי בעל רזולוציה על, אשר סיפקה למיקרוסקופים את המבט המולקולרי הראשון של פנים התא, תכונה המספקת תצוגות מולקולריות חדשות של מערכות ביולוגיות מורכבות ותהליכים.
כעת, גבולות הזיהוי של מיקרוסקופיה של מולקולה בודדת נדחפו שוב, ופרטים פורסמו בגיליון האחרון של Science Advances.
ניתן היה לצפות ולעקוב אחר מולקולות בודדות באמצעות מיקרוסקופים ברזולוציה גבוהה במיוחד, אך האינטראקציות בין מולקולות אלו מתרחשות בקנה מידה קטן לפחות פי ארבעה מזה שנפתר על ידי מיקרוסקופים בעלי מולקולה בודדת קיימים.
"הסיבה שבדרך כלל למיקרוסקופים של מולקולה בודדת יש דיוק לוקליזציה בסביבות 20 עד 30 ננומטר היא בדרך כלל בגלל שהמיקרוסקופ בעצם זז בעת זיהוי אותות. זה מוביל לאי ודאות. באמצעות מכשירים קיימים ברזולוציית על, אנחנו לא יכולים לקבוע אם חלבון אחד קשור אחר כי המרחק ביניהם קצר יותר מאי הוודאות בעמדותיהם".
כדי לפתור בעיה זו, הצוות בנה לולאת משוב אוטומטית בתוך המיקרוסקופ בעל מולקולה אחת המזהה ומיישרת מחדש את הנתיב האופטי ושלב המראה.
"לא משנה מה אתה עושה עם המיקרוסקופ הזה, הוא בעצם מוצא את נתיב החזרה בדיוק ננומטרי. זה מיקרוסקופ חכם. הוא יכול לעשות כל מה שמפעיל או מהנדס שירות צריך לעשות והוא יכול לעשות את זה 12 פעמים בשנייה. " אמר פרופ' גוס.
מדידת המרחק בין חלבונים
עם התכנון והמתודולוגיה המתוארים במאמר זה, צוות UNSW עיצב מערכת משוב התואמת למיקרוסקופים קיימים ומספקת גמישות מרבית להכנת דגימות.
"זהו פתרון מאוד פשוט ואלגנטי לבעיית הדמיה גדולה. פשוט בנינו מיקרוסקופ בתוך מיקרוסקופ וכל מה שעשינו היה ליישר את המיקרוסקופ הראשי. הפשטות והמעשיות של הפתרון שמצאנו היא החוזק האמיתי שלו. קל לשכפל את המערכת ולאמץ טכנולוגיות חדשות במהירות". אמר פרופ' גוס.
כדי להדגים את התועלת של מיקרוסקופ משוב חד מולקולה המדויק במיוחד שלו, החוקרים השתמשו בו כדי לבצע מדידות מרחק ישירות בין חלבוני איתות בתאי T. הנחה נפוצה באימונולוגיה תאית היא שתאי חיסון אלו נשארים שקטים כאשר הקולטן של תאי ה-T קרוב למולקולה אחרת הפועלת כבלם.
המיקרוסקופיה המדויקת שלהם הצליחה להראות ששתי מולקולות האיתות למעשה הופרדו עוד יותר זו מזו בתאי T מופעלים, תוך שחרור הבלם והפעלת איתות קולטן תאי T.
פרופ' גוס אמר, "טכניקות מיקרוסקופיה קונבנציונליות לא יוכלו למדוד במדויק שינוי כה קטן מכיוון שהמרחק בין מולקולות האיתות הללו בתאי T שקטים ומופעלים שונה ב-4-7 ננומטר בלבד."
"זה גם מראה עד כמה מנגנוני האיתות האלה רגישים לבידוד מרחבי. כדי לזהות תהליכים רגולטוריים כאלה, אנחנו צריכים לבצע מדידות מרחק מדויקות, וזה מה שהמיקרוסקופ הזה מאפשר. תוצאות אלו ממחישות שהטכנולוגיה נמצאת בשלבי גילוי ולא ניתן לייצר אותה בכל מקום. דרך אחרת."
