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自对准显微镜打破了超分辨率显微镜的极限

自对准显微镜打破了超分辨率显微镜的极限

一种超越诺贝尔奖得主的超分辨率显微镜的极限的超精密显微镜将使科学家能够直接测量单个分子之间的距离。

新南威尔士大学的医学研究人员已经在单分子显微镜中获得了前所未有的分辨率能力,以检测完整细胞中单个分子之间的相互作用。

2014年诺贝尔化学奖授予超分辨荧光显微技术的发展,该技术为显微镜工作者提供了细胞内部的第一个分子视角,这种能力为复杂的生物系统和过程提供了新的分子视角。

现在,单分子显微镜的检测极限又被打破了,详情发表在最新一期的《科学进展》上。

虽然已经可以用超分辨显微镜观察和跟踪单个分子,但这些分子之间的相互作用发生的规模至少是现有单分子显微镜的四倍。

“单分子显微镜的定位精度通常在20-30纳米左右,这是因为当我们检测信号时,显微镜会移动。这导致了不确定性。与现有的超分辨率的仪器,我们不能告诉是否一个蛋白质绑定到另一个地方,因为它们之间的距离小于他们的位置的不确定性,“Scientia凯瑟琳高斯教授说,研究小组领袖和澳大利亚新南威尔士大学医学EMBL的节点在单分子科学。

为了解决这个问题,研究小组在一个单分子显微镜内建立了自动反馈回路,用以检测和重新校准光路和光级。

“不管你对这台显微镜做什么,它基本上都能精确地在一纳米的范围内找到回来的路。这是一个智能显微镜。它能完成操作员或服务工程师需要做的所有事情,而且每秒能做12次,”Gaus教授说。

测量蛋白质之间的距离

根据论文中概述的设计和方法,新南威尔士大学团队设计的反馈系统与现有的显微镜兼容,为样品制备提供了最大的灵活性。

“这是一个非常简单和优雅的解决主要成像问题的方法。我们只是在显微镜里建了一个显微镜,它所做的就是调整主显微镜。我们发现的解决方案简单实用,这是一个真正的优势,因为它可以方便地克隆系统,并迅速采用新技术,”Gaus教授说。

为了证明超精密反馈单分子显微镜的实用性,研究人员用它来直接测量T细胞中信号蛋白之间的距离。细胞免疫学中一个流行的假设是,当T细胞受体与另一个起制动作用的分子相邻时,这些免疫细胞保持静止状态。

他们的高精度显微镜能够显示,这两个信号分子实际上在激活的T细胞中进一步分离,释放刹车并打开T细胞受体信号。

高斯教授说:“传统的显微镜技术无法准确地测量这样一个微小的变化,比如静止T细胞和激活T细胞中这些信号分子之间的距离仅相差4-7纳米。”

“这也表明这些信号装置对空间隔离有多么敏感。为了识别这些调节过程,我们需要进行精确的距离测量,而这正是这台显微镜能够做到的。这些结果说明了这项技术对于其他任何方法都无法实现的发现的潜力。”

博士后研究员Simao Pereira Coelho博士和博士生Jongho baek(已获得博士学位)领导了该系统的设计、开发和构建。Baek博士也因此项工作获得了院长颁发的优秀博士论文奖。

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