„Kai Ali Shaibas baigė magistro studijas Libano universitete Beirute, jis kelias savaites praleido laukiančiųjų sąraše ir lankėsi kitame miestelyje, kad padarytų kelias nuotraukas brangiu mikroskopu – tai turtingesnių šalių mokslininkai laikė savaime suprantamu dalyku.
Dabar Shaibas, Getingeno universiteto medicinos centro (Vokietija) nanoskalės specialistas, ir jo kolegos sukūrė paprastų šviesos mikroskopų metodą, kuris, jų manymu, sugriaus tokias kliūtis.
Ši technika, kuri užfiksavo stulbinančius atskirų baltymų ir dar nematytų struktūrų ląstelėse vaizdus, suteikia tokį detalumo lygį, kuris užtemdo net kelių milijonų dolerių „superraiškos“ mikroskopų detales.
„Mikroskopijoje turėtų būti tam tikra demokratijos forma“, – sako Silvio Rizzoli, nanoskalės specialistas iš Getingeno universiteto medicinos centro, kartu su Shaibu pradėjęs taikyti ONE mikroskopija pavadintą techniką. „Tai didelė raiška daugeliui, o ne kelioms turtingoms laboratorijoms."
Nano skalėje
Įprastų šviesos mikroskopų galią riboja optikos dėsniai, o tai reiškia, kad mažesni, nei 200 nanometrų, objektai yra neryškūs. Tyrėjai sukūrė fiziką mušančius itin didelės skiriamosios gebos metodus, kurie, pasak Rizzoli, gali sumažinti šią ribą iki maždaug 10 nm. Šis metodas, 2014 m. pelnęs Nobelio chemijos premiją, naudoja optinius triukus, kad tiksliai nustatytų fluorescencines molekules, prijungtas prie baltymų.
2015 metais mokslininkai sugalvojo kitą būdą, kaip išvengti optinių ribų. Kembridžo Masačusetso technologijos instituto neuroinžinieriaus Edwardo Boydeno vadovaujama komanda parodė, kad išpučiant audinį – naudojant sauskelnėse esantį vandenį sugeriantį junginį – ląstelių objektai atitolinami vienas nuo kito. Šis metodas, vadinamas plėtimosi mikroskopija, padidino mikroskopo skiriamąją gebą ir gali išskirti maždaug 20 nm struktūras.
Shaibo ir Rizzoli technika, aprašyta praėjusį mėnesį bioRxiv išankstinio spausdinimo serveryje paskelbtame tyrime, sujungia šiuos du būdus, kad būtų pasiekta mažesnė, nei 1 nm, skiriamoji geba. Tai pakankamai ryšku, kad atskleistų atskirų baltymų formą, kuri paprastai vaizduojama smulkiau, naudojant daug brangesnius struktūrinės biologijos metodus, tokius, kaip krioelektroninė mikroskopija (krio-EM) arba rentgeno kristalografija.
Išsiplėtimo mikroskopijos paprastumas yra jos patrauklumo dalis, sako Boydenas, kuris apskaičiavo, kad daugiau, nei 1000 laboratorijų taiko šią techniką. Mėginiai yra apdorojami cheminėmis medžiagomis, kurios jų baltymus pritvirtina prie polimero, kuris, pridėjus vandens, išsipučia iki 1000 kartų didesnio dydžio, todėl molekulės atsiskiria viena nuo kitos. ONE (sutrumpintai iš vieno žingsnio nanoskalės plėtimosi) mikroskopija naudoja šilumą arba fermentus, kad taip pat suskaidytų baltymus, todėl atskiri fragmentai ištempiami skirtingomis kryptimis plėtimosi metu.
Tyrėjai panaudojo savo metodą, norėdami įrašyti nervinės molekulės, GABAA receptoriaus, nuotraukas, kurios labai panašios į daug didesnės skiriamosios gebos krio-EM ir rentgeno kristalografinius baltymo žemėlapius. Jie taip pat užfiksavo didelio baltymo, vadinamo otoferlinu, kontūrus, kurių struktūra nenustatyta ir kuris padeda perduoti garso signalus smegenyse. Forma primena struktūrinį AlphaFold gilaus mokymosi tinklo numatymą.
Metodas negali atitikti krio-EM skiriamosios gebos, kuri kai kuriais atvejais gali atskleisti beveik atominio lygio detales, mažesnes, nei 0, 2 nm. Tačiau krio-EM gali būti sudėtingas ir brangus. Priešingai, ONE mikroskopija gali pasiūlyti greitą ir paprastą būdą gauti struktūrinių įžvalgų apie bet kurią molekulę, sako Rizzoli. „Galite pažvelgti į bet kokį baltymą ir galite gauti rezoliuciją, apie kurią negalėjote svajoti."
Padidintas prieinamumas
Rizzoli, kilęs iš Rumunijos, teigia, kad dalis motyvacijos sukurti šią techniką buvo išplėsti pažangiausios šviesos mikroskopijos prieinamumą. ONE mikroskopijos metodas yra paprastas taikyti ir veikia su dabar pasenusiais fluorescenciniais mikroskopais, likusiais nuo 1990 m.
Kairo Vokietijos universiteto farmacijos technologė Salma Tammam šią vasarą planuoja išsiųsti doktorantą į Getingeną mokytis šios technikos. Jos laboratorija tiria, kaip nanodalelės juda ląstelėse. Jie norėtų pamatyti smulkias dalelių ir jų krovinio detales. Tačiau, kaip ir daugelis mokslininkų iš mažas ir vidutines pajamas gaunančių šalių, jie neturi prieigos prie brangių didelės raiškos mikroskopų. „Tai atneša mums sprendimą prieinamu būdu“, - sako ji.
Didelės skiriamosios gebos mikroskopijos pasiekiamumo išplėtimas taip pat svarbus gerai finansuojamų institucijų mokslininkams, sako Noa Lipstein, Berlyno Leibnizo molekulinės farmakologijos centro sinapsės biologė. Ji turi prieigą prie nusistovėjusios didelės skiriamosios gebos technikos, vadinamos stimuliuojamos emisijos išeikvojimo mikroskopija. Tačiau ji neseniai įkūrė nepriklausomą grupę ir nusprendė pritaikyti ONE mikroskopiją jų smulkių detalių tyrimams nervinių sinapsių.
„Tai suteikė man nepriklausomybę, nes neturiu pasikliauti ryšiais su dideliais bosais su sunkiosiomis mašinomis“, - sako Lipstein. „Tai galiu padaryti mano laboratorijoje ir mano stende."
Lipstein nepasiekė šios technikos ribų, tačiau ji jau gauna žvilgsnį į naują biologiją. „Beveik savaime suprantama, kad pamatysime naujų dalykų. Mes jau matome juos, bet nežinome, kas jie yra“, – sako ji." [1]
1. Nature 616, 417-418 (2023)
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą