קידום מיקרוסקופיה ללכידת אוריינטציה של חלבון בתלת מימד

שני ראשים טובים יותר מאחד, כפי שהאמרה מתרחשת, ולפעמים שני מכשירים, ששוחזרו מחדש בצורה גאונית, יכולים להשיג פעולות שאף אחד מהם לא יכול היה לעשות לבד.

כך הוא המקרה במיקרוסקופ היברידי, שנולד במעבדה הביולוגית הימית (MBL), אשר לראשונה מאפשר למדענים לדמיין בו זמנית את האוריינטציה התלת -ממדית המלאה ואת המיקום של הרכב של מולקולות, כמו חלבונים שכותרתו בתאים. המחקר מתפרסם השבוע ב המשך האקדמיה הלאומית למדעים.

המיקרוסקופ משלב טכנולוגיית פלואורסצנט מקוטב, כלי חשוב למדידת אוריינטציה של מולקולות, עם מיקרוסקופ גיליון אור כפול (DispiM), המצטיין בהדמיה לאורך הציר העומק (הצירי) של מדגם.

היקף זה יכול להיות בעל יישומים חזקים. לדוגמה, חלבונים משנים את נטיית התלת מימד שלהם, בדרך כלל בתגובה לסביבתם, המאפשרת להם לקיים אינטראקציה עם מולקולות אחרות לביצוע תפקידיהן.

"באמצעות מכשיר זה ניתן להקליט שינויים באוריינטציה של חלבון תלת -ממדי", אמר הסופר הראשון טלון צ'נדלר מ- CZ Biohub סן פרנסיסקו, לשעבר סטודנטית לשעבר באוניברסיטת שיקגו, שניהל מחקר זה בחלקו ב- MBL. "יש ביולוגיה אמיתית שעשויה להיות מוסתרת לך רק משינוי עמדה של מולקולה בלבד," אמר.

הדמיה של המולקולות בציר של תא מפריד – אתגר ארוך שנים ב- MBL ובמקומות אחרים – הוא דוגמא נוספת.

בעזרת מיקרוסקופיה מסורתית, כולל אור מקוטב, אתה יכול ללמוד את הציר בצורה די יפה אם הוא נמצא במטוס בניצב לכיוון הצפייה. ברגע שהמטוס מוטה, הקריאה הופכת לעמיפה. "

רודולף אולדנבורג, מחבר משותף, מדען בכיר ב- MBL

מכשיר חדש זה מאפשר לאדם "לתקן" לטיה ועדיין לתפוס את האוריינטציה התלת -ממדית ומיקומם של מולקולות הציר (מיקרו -צינורות).

הצוות מקווה להפוך את המערכת שלהם למהירה יותר כך שיוכלו לצפות כיצד מיקום ומצבם של מבנים בדגימות חיים משתנים לאורך זמן. הם גם מקווים שהתפתחות של בדיקות פלורסנט עתידיות תאפשר לחוקרים להשתמש במערכת שלהם כדי לדמיין מגוון גדול יותר של מבנים ביולוגיים.

מפגש חזון

הרעיון של מיקרוסקופ זה התמודד בשנת 2016 באמצעות סיעור מוחות על ידי מחדשים במיקרוסקופיה שנפגשו ב- MBL.

הארי שרוף מהמימי ג'נליה, אז במכונים הלאומיים לבריאות (NIH) ובעמית MBL Whitman, עבד עם מיקרוסקופ ה- DispiM המותאם אישית שלו ב- MBL, אותו בנה בשיתוף פעולה עם Abhishek Kumar, כיום ב- MBL.

למיקרוסקופ DispiM יש שני נתיבי הדמיה הנפגשים בזווית ישרה במדגם, ומאפשר לחוקרים להאיר ולדמיין את המדגם משתי נקודות המבט. השקפה כפולה זו יכולה לפצות על רזולוציית העומק הגרועה של כל השקפה יחידה, ולהאיר בשליטה רבה יותר על קיטוב מאשר מיקרוסקופים אחרים.

בשיחה, שרוף ואולדנבורג הבינו שמיקרוסקופ התצוגה הכפולה יכול גם להתייחס למגבלה של מיקרוסקופיית אור מקוטבת, שהיא קשה להאיר את הדגימה ביעילות עם אור מקוטב לאורך כיוון התפשטות האור.

"אם היו לנו שתי השקפות אורתוגונליות, היינו יכולים לחוש פלואורסצנט מקוטב בכיוון הזה הרבה יותר טוב," אמר שרוף. "חשבנו, מדוע לא להשתמש ב- DispiM כדי לנקוט במדידות פלואורסצנטיות מקוטבות?"

שרוף שיתף פעולה ב- MBL עם פטריק לה ריבייר, פרופסור באוניברסיטת שיקגו שמעבדה מפתחת אלגוריתמים למערכות הדמיה חישובית. וללה ריבייר היה סטודנט חדש לתארים מתקדמים במעבדה שלו, טלון צ'נדלר, אותו הביא ל- MBL. האתגר של שילוב של שתי מערכות אלה הפך לתזה של דוקטורט של צ'נדלר, והוא בילה את השנה הבאה במעבדה של אולדנבורג ב- MBL בעבודה עליה.

הצוות, המוקדם כלל את שלין מהטה, שבסיסו אז ב- MBL, הצית את ה- DispiM עם גבישים נוזליים, מה שאיפשר להם לשנות את כיוון קיטוב הקלט.

"ואז ביליתי הרבה זמן בעבודה, איך היה נראה שחזור זה? מה הכי הרבה שאנחנו יכולים להתאושש מהנתונים האלה שאנחנו מתחילים לרכוש?" אמר צ'נדלר. מחבר משותף מין גואו, שנמצא אז במעבדה הקודמת של שרוף ב- NIH, פעל גם הוא ללא לאות בהיבט זה, עד שהגיעו למטרתם לשחזורים מלאים של תלת מימד של אוריינטציה ומיקום מולקולרי.

"היו טונות של שיחות חוצות בין ה- MBL, אוניברסיטת שיקגו ו- NIH, בזמן שעבדנו את זה," אמר צ'נדלר.