Die meisten Mikroskope können Objekte nur bis zu einer bestimmten Größe beleuchten, bevor winzige Merkmale miteinander verschwimmen. Diese Unschärfe wird als Beugungsgrenze des Lichts bezeichnet. Hochauflösende Bildgebungstechniken können jedoch zwischen winzigen biomolekularen Merkmalen unterscheiden, insbesondere wenn thermische Schwankungen minimiert werden.
Die diese Woche in AIP Advances von AIP Publishing veröffentlichte Studie nutzt fortschrittliche Bildgebungstechniken und eine präzise Mikrofluidik-Steuerung, um gekräuselte DNA in eine gerade Linie zu strecken. Sie demonstriert Techniken zum Strecken und Immobilisieren von DNA mit minimalen thermischen Schwankungen, um eine detaillierte Analyse zu ermöglichen.
„Die Immobilisierung des Moleküls ‚klebt‘ es im Wesentlichen an ein Substrat und verhindert so jegliche durch thermische Schwankungen verursachte Bewegung“, sagte Autor Naoki Azuma. „Superauflösende Bildgebung benötigt oft nur Sekunden oder Minuten, um das Bild aufzunehmen. Während dieser Zeit führen thermische Fluktuationen – zufällige Vibrationen, die durch die thermische Energie des Moleküls verursacht werden – zu unscharfen Bildern und einer verringerten lateralen Auflösung.“
Forscher haben zuvor versucht, ein Ende eines DNA-Moleküls festzukleben, um es zu dehnen, stellten jedoch fest, dass die thermischen Schwankungen immer noch zu Bewegungen und Unschärfen führen können.
„Unter DNA-Streckung versteht man den Vorgang, bei dem ein einzelnes DNA-Molekül, das ursprünglich in einer zufälligen Spirale aufgerollt war, in eine gerade Linie gestreckt wird“, sagte Azuma. „Die Länge und Struktur eines einzelnen DNA-Moleküls, seine spezifische Basensequenz und seine Wechselwirkungen mit Proteinen müssen für eine detaillierte Analyse beobachtet werden, indem man es streckt.“
Azuma und seine Kollegen an der Universität Nagoya experimentierten mit Möglichkeiten, ein DNA-Molekül zu entkräuseln, indem sie Druck auf eine in einem Kanal fließende Flüssigkeit ausübten, wobei der Druckfluss eine Scherkraft erzeugte, die das DNA-Molekül entkräuselte. Sie fanden heraus, dass die Steuerung der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit dazu beiträgt, die angelegte Scherkraft fein abzustimmen und das Streckverhältnis der DNA präzise anzupassen.
Die Kontrolle des Streckverhältnisses war ein Schlüsselfaktor für eine genaue Analyse. Dabei verwendeten sie auch eine spezielle Chemikalie, die chemische Bindungen zwischen der DNA und einem Glassubstrat herstellt, um das DNA-Molekül an Ort und Stelle zu „kleben“.
„Obwohl es noch nicht möglich ist, einzelne Basenpaare direkt sichtbar zu machen, ermöglichen diese Methoden eine viel höhere Präzision bei der Beobachtung von Strukturen im molekularen Maßstab“, sagte Azuma. „Wir wollen diese Methoden verfeinern, um eine höhere Genauigkeit beim Strecken und Immobilisieren von DNA-Molekülen für eine genauere Analyse zu erreichen.“
