Los investigadores médicos de UNSW han logrado capacidades de resolución sin precedentes en microscopía de una sola molécula para detectar interacciones entre moléculas individuales dentro de células intactas.
El Premio Nobel de Química 2014 fue otorgado por el desarrollo de la tecnología de microscopía de fluorescencia de súper resolución que brindó a los microscopistas la primera vista molecular dentro de las células, una capacidad que ha proporcionado nuevas perspectivas moleculares en sistemas y procesos biológicos complejos.
Ahora el límite de detección de microscopios de molécula única se ha vuelto a romper, y los detalles se publican en la edición actual de Avances científicos .
Si bien las moléculas individuales podrían observarse y rastrearse con microscopía de súper resolución, las interacciones entre estas moléculas ocurren a una escala al menos cuatro veces menor que la resuelta por los microscopios de molécula única existentes.
"La razón por la cual la precisión de localización de los microscopios de molécula única es de alrededor de 20-30 nanómetros normalmente es porque el microscopio se mueve realmente mientras detectamos esa señal. Esto conduce a una incertidumbre. Con los instrumentos de superresolución existentes,no se puede saber si una proteína está unida o no a otra proteína porque la distancia entre ellas es más corta que la incertidumbre de sus posiciones ", dice la profesora de Scientia Katharina Gaus, líder del equipo de investigación y directora del Nodo Australiano EMBL en Ciencia de Moléculas Individuales de UNSW Medicine.
Para sortear este problema, el equipo construyó bucles de retroalimentación autónomos dentro de un microscopio de una sola molécula que detecta y realinea la ruta óptica y el escenario.
"No importa lo que hagas con este microscopio, básicamente encuentra el camino de regreso con precisión bajo un nanómetro. Es un microscopio inteligente. Hace todo lo que un operador o un ingeniero de servicio necesita hacer, yhace eso 12 veces por segundo ", dice el profesor Gaus.
Medición de la distancia entre proteínas
Con el diseño y los métodos descritos en el documento, el sistema de retroalimentación diseñado por el equipo de UNSW es compatible con los microscopios existentes y ofrece la máxima flexibilidad para la preparación de muestras.
"Es una solución realmente simple y elegante para un problema de imagen importante. Acabamos de construir un microscopio dentro de un microscopio, y todo lo que hace es alinear el microscopio principal. Que la solución que encontramos es simple y práctica es una verdadera fortaleza ya quepermitiría una clonación fácil del sistema y una rápida incorporación de la nueva tecnología ", dice el profesor Gaus.
Para demostrar la utilidad de su microscopio de una sola molécula de retroalimentación ultraprecisa, los investigadores lo usaron para realizar mediciones de distancia directas entre proteínas de señalización en células T. Una hipótesis popular en inmunología celular es que estas células inmunes permanecen en estado de reposo cuandoel receptor de células T está al lado de otra molécula que actúa como freno.
Su microscopio de alta precisión fue capaz de mostrar que estas dos moléculas de señalización están, de hecho, separadas entre sí en las células T activadas, liberando el freno y activando la señalización del receptor de células T.
"Las técnicas convencionales de microscopía no podrían medir con precisión un cambio tan pequeño como la distancia entre estas moléculas de señalización en las células T en reposo y en las células T activadas solo difiere en 4-7 nanómetros", dice el profesor Gaus.
"Esto también muestra cuán sensibles son estas maquinarias de señalización a la segregación espacial. Para identificar procesos reguladores como estos, necesitamos realizar mediciones de distancia precisas, y eso es lo que permite este microscopio. Estos resultados ilustran el potencial de esta tecnología paradescubrimientos que no podrían hacerse por ningún otro medio ".
El investigador postdoctoral, Dr. Simao Pereira Coelho, junto con el estudiante de doctorado Jongho Baek, quien desde entonces obtuvo su título de doctorado, dirigió el diseño, desarrollo y construcción de este sistema. El Dr. Baek también recibió el Premio del Decano por su doctorado sobresalienteTesis para este trabajo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Nueva Gales del Sur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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