Инновационный микроскоп раскрывает полную 3D-ориентацию молекул в клетках

Новый гибридный микроскоп, созданный в Морской биологической лаборатории (MBL), впервые позволяет одновременно визуализировать полную 3D-ориентацию и положение ансамбля молекул, например, меченых белков внутри клеток. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Принцип работы

Микроскоп объединяет технологию поляризованной флуоресценции (ценный инструмент для измерения ориентации молекул) с двухобъективным светлопольным микроскопом (diSPIM), который превосходно работает при съемке по глубинной (аксиальной) оси образца.

Значение и применение

Белки меняют свою 3D-ориентацию, обычно в ответ на окружающую среду, что позволяет им взаимодействовать с другими молекулами для выполнения своих функций.

"С помощью этого инструмента можно регистрировать изменения 3D-ориентации белков. Существует реальная биология, которая может быть скрыта от вас, если рассматривать только изменение положения молекулы", — говорит первый автор Тэлон Чандлер из CZ Biohub San Francisco.

Еще один пример — визуализация молекул в веретене деления клетки. "С традиционной микроскопией, включая поляризованный свет, вы можете хорошо изучить веретено, если оно находится в плоскости, перпендикулярной направлению наблюдения. Как только плоскость наклоняется, показания становятся неоднозначными", — поясняет соавтор Рудольф Ольденбург, старший научный сотрудник MBL. Новый инструмент позволяет "скорректировать" наклон и по-прежнему захватывать 3D-ориентацию и положение молекул веретена (микротрубочек).

История создания

Концепция микроскопа оформилась в 2016 году в результате мозгового штурма новаторов в области микроскопии, встретившихся в MBL. Хари Шрофф из HHMI Janelia (тогда работавший в NIH) со своим микроскопом diSPIM и Рудольф Ольденбург осознали, что двухобъективная система может решить ограничение поляризованной световой микроскопии.

Команда, в которую также вошли Патрик Ла Ривер из Чикагского университета и его аспирант Тэлон Чандлер, оснастила diSPIM жидкими кристаллами, позволяющими менять направление входной поляризации. После длительной работы по разработке алгоритмов реконструкции данных была достигнута цель — получение полных 3D-реконструкций молекулярной ориентации и положения.

Планы на будущее

Команда надеется сделать свою систему быстрее, чтобы наблюдать, как положение и ориентация структур в живых образцах меняются со временем. Они также рассчитывают, что разработка новых флуоресцентных зондов позволит использовать их систему для визуализации большего разнообразия биологических структур.