Lov na molekule z "konico na odprtini"

Nov optični mikroskop v bližnjem polju za analizo bioloških makromolekul

Načelo »Nasvet o odprtini« Načelo mikroskopa blizu polja Biokemijski inštitut Max Planck
prebral

Posamezne molekule barvila, ki so oddaljene le približno deset milijonov milimetra, je zdaj mogoče posamično optično posneti z novim mikroskopom blizu polja. Znanstveniki z biokemijskega inštituta Max Planck v Martinsriedu so s svojim mikroskopom v neposredni bližini določili lego in orientacijo posameznih molekul fluorescentnega barvila. Z novim razvojem raziskovalci širijo možnosti fluorescenčne mikroskopije, ki se uporablja za preučevanje označenih molekul v molekularni in celični biologiji.

Za podrobno opazovanje bioloških struktur in za sklep o njihovi lokaciji in njihovi funkciji v celici ali organizmu so potrebni vedno močnejši mikroskopi. Metoda z visoko ločljivostjo, ki so jo razvili biofiziki z Inštituta za biokemijo Max Planck, je optično skeniranje mikroskopije blizu polja, ki temelji na najvišji koncentraciji svetlobe.

Tukaj konica s fino iglo premera le nekaj nanometrov pregleda površino na njenem koncu: na eni strani ta konica s pomočjo interakcije s silo pregleda topografijo vzorca, hkrati pa se laserska svetloba skozi leče usmeri na konico igle, ki še bolj koncentrira svetlobo na njenem koncu. S to filigransko sondo lahko podrobnosti predmeta vizualno reproduciramo v vrstnem redu, ki ustreza polmeru konice igle.

Zdaj je primeren tudi za biološke vzorce

Medtem ko se mikroskopija blizu polja že danes uspešno uporablja pri raziskovanju materialov, so se pojavile težave z uporabo mikroskopije v bližini polja na bioloških strukturah. Zelo pogosto se na primer fluorescentna barvila uporabljajo za pregled celic in njihovih presnovnih procesov, da bi na primer vizualno predstavili beljakovine in njihovo aktivnost v običajnem mikroskopu s svetlobo določene valovne dolžine. Na žalost se barvila fluorescenčne etikete zelo hitro belijo. To se je zgodilo zlasti pri mikroskopiji z bližnjim poljem, ki temelji na igli, saj lahko tukaj obsevana laserska svetloba najboljše leče usmeri le na območje, ki je še vedno veliko večje od polmera konice.

Steklena vlakna z odprtino

Znanstveniki Max Planck Heinrich Frey, Susanne Witt in Karin Felder pod vodstvom Reinharda Guckenbergerja so zdaj razvili novo različico optične tehnike v bližini, pri kateri težava z beljenjem ni več odločilna: tukaj konico nadomesti stekleno vlakno z odprtino Osvetljena odprtina na koncu. Odprtina omeji lasersko svetlobo na majhno območje okoli konice za skeniranje, s čimer se zmanjša prezgodnje beljenje fluorescentnih barvil. Sama konica zagotavlja še eno koncentracijo svetlobe na svojem koncu. S to sondo "Tip on Aperture" ("tip na diafragmi zaslonke", "TOA") lahko znanstveniki zdaj z zelo visoko ločljivostjo fluorescenčno označijo ali celo fluorescenčne molekule, na primer na površini bioloških struktur prepoznati. zaslon

Martinsriedovim znanstvenikom je z novim mikroskopom blizu polja (TOA) uspelo združiti izjemno ločljivost optičnega mikroskopa v bližini polja do deset nanometrov s fluorescenčnim označevanjem posameznih molekul. V ta namen so raziskovalci povezali konce molekul DNK z barvilom Cy-3, položili DNK na nosilec za vzorec in ga skenirali z novim konico mikroskopa blizu polja. Obenem so znanstveniki zabeležili tako topografijo molekul DNK kot fluorescenco posameznih molekul Cy-3. Pravzaprav so fluorescenco našli predvsem na koncih DNK. Pojavil se je v značilnih vzorcih za vsako molekulo Cy-3. Za določitev natančne lokacije (natančnost: več kot en nanometer) in prostorske orientacije fluorescenčnega barvila lahko uporabimo preprost model.

Proteinski kompleksi kot objekt

Nova optična TOA mikroskopija v bližnjem polju zdaj omogoča podrobno proučevanje posamično pripravljenih bioloških struktur, na primer beljakovinskih kompleksov. Poleg tega se molekularni kompleksi lahko prikažejo neposredno na površini celic ali celičnih organelov. Cilj je neposredno opazovanje funkcije kompleksov. Biofiziki z Biokemijskega inštituta Max Planck načrtujejo nadaljnjo optimizacijo svojega novega mikroskopa, na primer s preiskavami bodo ugotovili, kakšna je optimalna geometrija sonde in kako se zlasti laserska svetloba razlikuje od diafragme zaslonke do konice prispe.

(MPG, 11. 11. 2004 - NPO)