Berita baik: mikroskop murah juga boleh mendapatkan imej resolusi super
Pasukan ahli nano Ali Shaib dan Silvio Rizzoli di Pusat Perubatan Universiti di Göttingen, Jerman, telah membangunkan kaedah untuk mikroskop cahaya biasa - teknik ONE Microscope - yang merekodkan imej protein individu dan struktur sel yang tidak pernah dilihat sebelumnya dalam satu tahap. perincian yang melebihi mikroskop "resolusi super" berjuta-juta dolar. mikroskop "super-resolusi" berjuta-juta dolar. Penemuan itu diterbitkan di laman web pracetak bioRxiv.
"Perlu ada beberapa bentuk demokrasi dalam teknologi mikroskopi." Rizzoli menegaskan bahawa resolusi tinggi teknologi baharu itu terpakai kepada banyak, bukan beberapa makmal mewah.
Keupayaan mikroskop optik konvensional dihadkan oleh undang-undang optik, yang bermaksud bahawa pemerhatian objek yang lebih kecil daripada 200 nm adalah kabur, kata Rizzoli, sambil menambah bahawa penyelidik telah membangunkan kaedah resolusi super di luar fizik yang boleh mengurangkan had ini kepada sekitar 10 nm. Kaedah ini, yang memenangi Hadiah Nobel dalam bidang kimia 2014, menggunakan helah optik untuk menentukan molekul pendarfluor yang melekat pada protein.
Pada tahun 2015, penyelidik mencadangkan cara lain untuk memintas had optik. Satu pasukan penyelidik yang diketuai oleh Edward Boyden, seorang jurutera saraf di Massachusetts Institute of Technology di AS, menunjukkan bahawa tisu kembung (menggunakan sebatian penyerap yang terdapat dalam lampin) boleh menjauhkan objek selular antara satu sama lain. Teknik itu, yang dikenali sebagai mikroskop inflasi, telah membawa kepada lonjakan kuantum dalam resolusi mikroskop, membolehkan struktur sekitar 20nm diselesaikan.
Teknik Shaib dan Rizzoli menggabungkan kedua-dua kaedah untuk mencapai resolusi sub-1nm. Kejelasan ini cukup untuk mendedahkan bentuk protein individu, yang sebelum ini biasanya digambarkan dengan lebih terperinci menggunakan kaedah biologi struktur yang lebih mahal, seperti mikroskop cryo-elektron.
Kesederhanaan mikroskop pengembangan adalah sebahagian daripada daya tarikannya dan Boyden menganggarkan bahawa lebih daripada 1,000 makmal telah menggunakan teknik tersebut. Sampel dirawat dengan bahan kimia yang melumpuhkan protein pada polimer, yang membengkak hingga 1,000 kali ganda saiz asalnya apabila air ditambah, membolehkan molekul diasingkan. SATU teknik mikroskop juga menggunakan haba atau enzim untuk memecahkan protein, supaya serpihan individu diregangkan ke arah yang berbeza semasa proses pembengkakan.
Para penyelidik telah menggunakan kaedah mereka untuk merakam gambar neuromolekul, reseptor GABAA, yang hampir menyerupai mikroskop cryo-elektron resolusi tinggi dan peta kristalografi X-ray protein. Mereka juga telah menangkap garis besar sebahagian besar protein yang dipanggil ototoxin, yang strukturnya masih belum ditentukan, yang membantu menghantar isyarat audio di dalam otak. Bentuknya serupa dengan ramalan struktur yang dibuat oleh rangkaian pembelajaran mendalam AlphaFold.
Walaupun kaedah itu tidak dapat menandingi resolusi mikroskopi cryo-elektron, yang dalam sesetengah kes boleh mendedahkan butiran tahap hampir atom lebih kecil daripada 0.2 nm, teknik mikroskopi cryo-elektron adalah kecil dan mahal, Rizzoli berkata, sambil menambah bahawa SATU mikroskop, sebaliknya, boleh memberikan cara yang cepat dan mudah untuk memahami struktur hampir mana-mana molekul.
Sebahagian daripada motivasi untuk membangunkan teknologi itu adalah untuk mengembangkan kebolehcapaian mikroskop optik canggih, kata Rizzoli. kaedah SATU mikroskop cukup mudah untuk digunakan untuk mikroskop pendarfluor, yang menjadi usang pada tahun 1990-an.
Salma Tammam, seorang ahli teknologi farmaseutikal di Universiti Jerman di Kaherah, merancang untuk menghantar pelajar PhD untuk mempelajari teknik itu pada musim panas ini. Makmalnya mengkaji cara nanozarah bergerak melalui sel, dan mereka mahu melihat butiran zarah dan pembawanya. Tetapi seperti kebanyakan penyelidik di negara berpendapatan rendah dan sederhana, mereka tidak mempunyai akses kepada mikroskop resolusi super yang mahal.
Memperluas penggunaan mikroskop resolusi super juga penting untuk saintis di institusi yang dibiayai dengan baik, kata Noa Lipstein, ahli biologi sinaps di Pusat Leibniz untuk Farmakologi Molekul di Jerman. Beliau baru-baru ini mengasaskan kumpulan penyelidikan bebas dan memilih untuk menggunakan SATU mikroskop untuk kajian mereka tentang butiran sinaptik.
