Zwei Köpfe sind besser als eins, wie das Sprichwort sagt, und manchmal können zwei Instrumente, die genial rekombiniert sind, Leistungen erbringen, die keiner selbst hätte tun können.
Dies ist bei einem im Marine Biological Laboratory (MBL) geborenen Hybridmikroskop der Fall, dass Wissenschaftler erstmals die vollständige 3D -Orientierung und Position eines Ensemble von Molekülen wie markierten Proteinen in Zellen gleichzeitig vorstellen können. Die Forschung wird diese Woche in veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Das Mikroskop kombiniert die polarisierte Fluoreszenztechnologie, ein wertvolles Werkzeug zur Messung der Ausrichtung von Molekülen mit einem Doppelansicht-Lichtblattmikroskop (Dispim), das sich bei der Bildgebung entlang der Tiefe (axial) einer Probe auszeichnet.
Dieser Bereich kann leistungsstarke Anwendungen haben. Beispielsweise verändern Proteine ihre 3D -Ausrichtung, typischerweise als Reaktion auf ihre Umgebung, wodurch sie mit anderen Molekülen interagieren können, um ihre Funktionen auszuführen.
„Mit diesem Instrument können Änderungen der 3D -Proteinorientierung erfasst werden“, sagte der erste Autor Talon Chandler von CZ Biohub San Francisco, ein ehemaliger Student der Universität von Chicago, der diese Forschung zum Teil bei MBL durchführte. „Es gibt eine echte Biologie, die Ihnen allein vor einer Positionsänderung eines Moleküls verborgen sein könnte“, sagte er.
Es ist ein weiteres Beispiel, die Moleküle in der Spindel einer sich teilenden Zelle – eine langjährige Herausforderung bei MBL und anderswo – zu stören.
„Mit der traditionellen Mikroskopie, einschließlich polarisiert Wissenschaftler bei MBL. Mit diesem neuen Instrument kann man die 3D -Ausrichtung und Position der Spindelmoleküle (Mikrotubuli) „korrigieren“ und trotzdem erfassen.
Das Team hofft, sein System schneller zu gestalten, damit sie beobachten können, wie sich die Position und Ausrichtung von Strukturen in lebenden Proben im Laufe der Zeit ändern. Sie hoffen auch, dass die Entwicklung zukünftiger Fluoreszenzsonden Forschern ermöglichen, ihr System eine größere Vielzahl biologischer Strukturen vorzustellen.
Ein Zusammenfluss des Sehens
Das Konzept für dieses Mikroskop wurde 2016 durch Brainstorming durch Innovatoren in der Mikroskopie, die sich an der MBL trafen, verblüfft.
Hari Shroff von Hhmi Janelia, damals an den National Institutes of Health (NIH) und einem MBL Whitman Fellow, arbeitete mit seinem maßgeschneiderten Dispim-Microskop bei MBL, den er in Zusammenarbeit mit Abhishek Kumar, jetzt bei MBL, errichtete.
Das Dispim -Mikroskop verfügt über zwei Bildgebungswege, die sich im rechten Winkel auf der Probe treffen, sodass die Forscher die Probe aus beiden Perspektiven beleuchten und abgebildet haben. Diese doppelte Sichtweise kann die schlechte Tiefenauflösung jeder einzelnen Ansicht kompensieren und mit mehr Kontrolle über die Polarisation als andere Mikroskope beleuchten.
Im Gespräch erkannten Shroff und Oldenburg, dass das Doppelansichtsmikroskop auch eine Einschränkung der polarisierten Lichtmikroskopie angehen könnte, was schwierig ist, die Probe mit polarisiertem Licht entlang der Richtung der Lichtausbreitung effizient zu beleuchten.
„Wenn wir zwei orthogonale Ansichten hatten, könnten wir die polarisierte Fluoreszenz entlang dieser Richtung viel besser spüren“, sagte Shroff. „Wir dachten, warum nicht den Sendeten verwenden, um einige polarisierte Fluoreszenzmessungen durchzuführen?“
Shroff war bei MBL mit Patrick La Rivière, einem Professor an der Universität von Chicago, zusammengearbeitet, dessen Labor Algorithmen für Computerbildgebungssysteme entwickelt. Und La Rivière hatte einen neuen Doktorand in seinem Labor, Talon Chandler, den er nach MBL brachte. Die Herausforderung, diese beiden Systeme zu kombinieren, wurde zu Chandlers Doktorarbeit und verbrachte das nächste Jahr in Oldenburgs Labor bei MBL.
Das Team, das schon früh Shalin Mehta und dann auf MBL ansässig war, hat den Dispim mit Flüssigkeitskristallen ausgestattet, wodurch sie die Richtung der Eingangspolarisation ändern konnten.
„Und dann habe ich lange Zeit damit gearbeitet, wie würde eine Rekonstruktion dafür aussehen? Was können wir am meisten von diesen Daten wiederherstellen, die wir jetzt erwerben?“ Sagte Chandler. Co-Autor Min Guo, der sich dann in Shroffs früheres Labor bei NIH befand, arbeitete ebenfalls unermüdlich an diesem Aspekt, bis sie ihr Ziel der vollen 3D-Rekonstruktionen der molekularen Orientierung und Position erreicht hatten.
„Es gab Tonnen von Überschreitungen zwischen der MBL, der Universität von Chicago und dem NIH, als wir dies durcharbeiteten“, sagte Chandler.
