Новый световой микроскоп позволяет ученым точно определять местоположение отдельных белков
Ученые из исследовательского кампуса Janelia Farm Медицинского института Говарда Хьюза совместно с исследователями из Национальных институтов здравоохранения (NIH) и Университета штата Флорида разработали и продемонстрировали новый световой микроскоп. Он настолько мощный, что позволяет ученым, заглядывающим внутрь клеток, определять точное местоположение почти каждого отдельного изучаемого белка.
Новая техника фотоактивируемой локализационной микроскопии (PALM) значительно превосходит разрешение обычных оптических микроскопов, которые ограничены длиной волны света (менее 200 нанометров). PALM позволяет различать молекулы, находящиеся на расстоянии всего 2–25 нанометров друг от друга, что приближает к цели визуализации отдельных белков размером 1–2 нанометра.
Детали метода опубликованы 10 августа 2006 года в Science Express.
Разработка технологии
- Идея и прототип: Концепция была разработана физиками Харальдом Хессом и Эриком Бетцигом. Прототип микроскопа был собран в гостиной Хесса в сентябре 2005 года на личные средства ученых (по $25 000 каждый).
- Ключевое открытие: Вдохновением послужили новые фотоактивируемые флуоресцентные белки, разработанные Джорджем Паттерсоном в лаборатории Дженнифер Липпинкотт-Шварц (NICHD). Эти белки можно включать по желанию с помощью фиолетового света.
- Принцип работы: Метод использует эти белки в качестве меток для изучаемых молекул. Клетку многократно (около 10 000 раз) освещают малыми дозами фиолетового света, каждый раз активируя лишь небольшой случайный поднабор молекул. Поскольку в каждом кадре светится мало молекул, их можно локализовать по отдельности с нанометровой точностью. Совмещение всех кадров дает итоговое изображение с разрешением, ранее доступным только для электронной микроскопии.
Преимущества и результаты
- Высокое разрешение: Метод позволяет получать изображения клеточных структур (актиновых филаментов, митохондрий, аппарата Гольджи) с беспрецедентной для световой микроскопии детализацией.
- Специфичность: В отличие от электронной микроскопии, контраст создается только специфичными для цели белками.
- Корреляция с ЭМ: Сочетание PALM с электронной микроскопией позволяет соотнести распределение конкретных белков с ультраструктурой клетки.
Текущие ограничения и будущее
- Одна метка: В текущей версии можно картировать только один тип белка на образец. Ученые работают над использованием нескольких меток для изучения взаимодействия белков.
- Время съемки: Для создания одного изображения PALM требуется от 2 до 12 часов, так как необходимо собрать тысячи отдельных кадров. Ускорение процесса — приоритетная задача.
Ученые планируют дальнейшее развитие технологии в Janelia Farm, чтобы сделать ее практичным инструментом для биологов.