Mendorong batas-batas mikroskop resolusi super: mikroskop yang menyelaraskan diri
Mikroskop ultra-presisi yang melampaui batasan mikroskop resolusi super pemenang Hadiah Nobel akan memungkinkan para ilmuwan mengukur jarak antar molekul secara langsung.
Peneliti medis di Universitas New South Wales telah mencapai resolusi yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam mikroskop molekul tunggal untuk mendeteksi interaksi antara molekul individu dalam sel utuh.
Hadiah Nobel Kimia tahun 2014 dianugerahkan atas pengembangan teknologi mikroskop fluoresensi resolusi super, yang memberi para ahli mikroskop pandangan molekuler pertama tentang bagian dalam sel, sebuah fitur yang memberikan pandangan molekuler baru tentang sistem dan proses biologis yang kompleks.
Kini, batas deteksi mikroskop molekul tunggal telah didorong sekali lagi, dan rinciannya telah dipublikasikan dalam edisi terbaru Science Advances.
Pengamatan dan pelacakan molekul individu dapat dilakukan dengan mikroskop beresolusi sangat tinggi, namun interaksi antara molekul-molekul ini terjadi pada skala yang setidaknya empat kali lebih kecil daripada skala yang dapat diselesaikan dengan mikroskop molekul tunggal yang ada.
“Alasan mengapa mikroskop molekul tunggal biasanya memiliki akurasi lokalisasi sekitar 20 hingga 30 nanometer biasanya karena mikroskop benar-benar bergerak ketika mendeteksi sinyal. Hal ini menimbulkan ketidakpastian. Dengan menggunakan instrumen resolusi super yang ada, kita dapat gagal menentukan apakah suatu protein terikat pada protein tersebut. yang lain karena jarak antara mereka lebih pendek daripada ketidakpastian posisi mereka.”
Untuk mengatasi masalah ini, tim membangun loop umpan balik otomatis di dalam mikroskop molekul tunggal yang mendeteksi dan menyelaraskan jalur optik dan tahap cermin.
“Tidak masalah apa yang Anda lakukan dengan mikroskop ini, pada dasarnya mikroskop ini menemukan jalur kembali dengan presisi nanometer. Ini adalah mikroskop cerdas. Mikroskop ini dapat melakukan segala hal yang perlu dilakukan oleh operator atau teknisi servis dan dapat melakukannya 12 kali per detik. " kata Prof Goss.
Mengukur jarak antar protein
Dengan desain dan metodologi yang diuraikan dalam makalah ini, tim UNSW telah merancang sistem umpan balik yang kompatibel dengan mikroskop yang ada dan memberikan fleksibilitas maksimum untuk persiapan sampel.
"Ini adalah solusi yang sangat sederhana dan elegan untuk masalah pencitraan utama. Kami baru saja membuat mikroskop di dalam mikroskop dan yang kami lakukan hanyalah menyelaraskan mikroskop utama. Kesederhanaan dan kepraktisan solusi yang kami temukan adalah kekuatan sebenarnya. Sangat mudah untuk melakukannya mengkloning sistem dan mengadopsi teknologi baru dengan cepat." kata Prof Goss.
Untuk mendemonstrasikan kegunaan mikroskop molekul tunggal umpan balik yang sangat presisi, para peneliti menggunakannya untuk melakukan pengukuran jarak langsung antara protein pemberi sinyal dalam sel T. Asumsi umum dalam imunologi seluler adalah bahwa sel-sel kekebalan ini tetap diam ketika reseptor sel T dekat dengan molekul lain yang bertindak sebagai rem.
Mikroskop presisi tinggi mereka mampu menunjukkan bahwa dua molekul pemberi sinyal sebenarnya terpisah lebih jauh satu sama lain dalam sel T yang diaktifkan, melepaskan rem dan mengaktifkan sinyal reseptor sel T.
Prof. Goss berkata, "Teknik mikroskop konvensional tidak akan mampu mengukur perubahan sekecil itu secara akurat karena jarak antara molekul pemberi sinyal dalam sel T yang diam dan teraktivasi hanya berbeda 4-7 nanometer."
“Hal ini juga menunjukkan betapa sensitifnya mekanisme sinyal ini terhadap isolasi spasial. Untuk mengidentifikasi proses pengaturan tersebut, kita perlu melakukan pengukuran jarak yang tepat, yang dimungkinkan oleh mikroskop ini. Hasil ini menggambarkan bahwa teknologi ini masih dalam tahap penemuan dan tidak dapat diproduksi di negara mana pun. cara lain."
