분자 측정 막대는 초해상도 현미경을 발전시킬 수 있습니다 – Physics World

분자 측정 막대는 초해상도 현미경을 발전시킬 수 있습니다 – Physics World

타임 스탬프 : 25 년 2024 월 4 일 오전 30:XNUMX

삼각형으로 그룹화되고 구불구불한 분자로 둘러싸인 측정 막대를 보여주는 이미지
PicoRuler: 단백질 기반 분자 눈금자를 사용하면 현실적인 조건에서 10나노미터 미만 범위의 생체분자에 대한 최신 초해상도 현미경 방법의 광학 분해능을 테스트할 수 있습니다. (제공: Gerti Beliu, DALL-E 3 / 뷔르츠부르크 대학교)

일상적인 물건을 측정하려면 길이가 고정되고 구분선이 규칙적으로 표시된 재료인 자를 사용할 수 있습니다. PicoRuler라는 새로운 장치 덕분에 이제 동일한 측정 원리를 세포 및 분자와 같은 작은 물체에 적용할 수 있습니다. 독일 Julius-Maximilians Universität(JMU) Wurzburg의 연구원들이 개발한 이 작은 측정 막대는 생물학적 환경에서 작동하며 길이가 10nm 미만인 물체를 이미지화하는 초해상도 현미경 기술의 능력을 테스트하는 데 사용될 수 있습니다.

형광 이미징을 기반으로 한 초고해상도 현미경은 지난 20년 동안 빠르게 발전했습니다. 이제 이러한 방법으로 기존 가시광선 현미경의 회절 한계보다 훨씬 낮은 몇 나노미터만큼 작은 구조를 분리하는 것이 일상화되었습니다.

이러한 기술을 더욱 발전시키려면 연구자들은 현미경 성능을 교정하기 위한 참조 구조가 필요합니다. 현재 사용되는 주요 보정 방법은 인공 DNA 종이접기 구조에 의존합니다. 이들은 10nm 미만의 잘 정의된 위치에 여러 개의 형광단을 전달하도록 합성될 수 있으며, 이를 통해 10nm 미만 이미징을 위한 눈금자 역할을 할 수 있습니다. 문제는 DNA 종이접기가 음전하를 띠고 있어 실제 생물학적 세포 영상 매체에 사용할 수 없다는 점이다.

제자리에 클릭

생명공학자들이 주도 마르쿠스 사우어 및 게르티 벨리우, JMU 팀은 증식 세포 핵 항원(PCNA)이라는 세 부분으로 구성된 단백질을 기반으로 생체 적합성 대안을 개발했습니다. 6nm 간격으로 정확하게 정의된 위치에 이 단백질에 합성 아미노산을 도입함으로써 형광 염료 분자가 화학적으로 효율적으로 "클릭"할 수 있게 되었습니다. 이 새로운 구조를 통해 연구진은 나노규모 지형(DNA-PAINT) 이미징을 위한 DNA 기반 점 축적으로 알려진 기술의 분해능을 6nm까지 테스트할 수 있었습니다. Sauer는 이것이 직접 확률론적 광학 재구성 현미경(dSTORM), MINFLUX 또는 MINSTED와 같은 다른 기술에도 중요할 수 있다고 말했습니다.

"이러한 고급 현미경 기술은 수 나노미터 범위의 공간 분해능을 달성할 수 있으며, 새로운 눈금자는 정확성을 검증하고 향상시키는 교정 도구 역할을 할 것입니다."라고 그는 말합니다.

내부에서 세포 구조 탐색

연구원들은 이제 살아있는 세포를 포함한 다양한 생물학적 환경에서 사용하기 위해 눈금자를 최적화하려고 합니다. 개발의 또 다른 방향은 세포 침투 펩타이드를 이용한 미세 주입이나 기능화와 같은 기술을 통해 PicoRuler를 세포 자체에 직접 전달하는 것일 수 있다고 Sauer는 말합니다. 따라서 이 장치는 내부에서 세포 구조를 탐색하는 데 사용될 수 있으며, 세포 생물학을 발전시키고 질병 및 약물 개발 경로에 대한 더 나은 이해를 가져올 수 있는 지식을 얻을 수 있습니다.

"우리 팀은 또한 PicoRulers로 사용할 수 있는 생체분자의 범위를 확장하는 데 중점을 두고 있습니다."라고 Sauer는 말합니다. 물리 세계. “이를 위해 우리는 다양한 단백질과 기타 생물학적 복합체를 조사할 것입니다. 우리는 PicoRuler의 개발이 초고해상도 현미경 분야에서 중요한 진전을 이루어 전례 없는 해상도로 세포 및 분자 구조를 탐색할 수 있는 귀중한 도구를 제공한다고 확신합니다.”

PicoRuler는 다음에 설명되어 있습니다. 고급 재료.

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