Методы микроскопии со сверхразрешением необходимы для раскрытия структур клеток и динамики молекул. С тех пор как исследователи преодолели предел разрешения около 250 нанометров (и получили за свои усилия Нобелевскую премию по химии 2014 года), который долгое время считался абсолютным, методы микроскопии быстро развивались. Теперь команда, возглавляемая химиком LMU проф. Филип Тиннефельд добился дальнейшего прогресса благодаря сочетанию различных методов, достигнув высочайшего разрешения в трехмерном пространстве и проложив путь к принципиально новому подходу для более быстрой визуализации плотных молекулярных структур. Новый метод обеспечивает осевое разрешение менее 0,3 нанометра.

Исследователи объединили так называемый метод pMINFLUX, разработанный командой Тиннефельда, с подходом, использующим особые свойства графена в качестве акцептора энергии. pMINFLUX основан на измерении интенсивности флуоресценции молекул, возбуждаемых лазерными импульсами. Этот метод позволяет различать их боковые расстояния с разрешением всего в 1 нанометр. Графен поглощает энергию флуоресцентной молекулы, которая находится на расстоянии не более 40 нанометров от его поверхности. Таким образом, интенсивность флуоресценции молекулы зависит от ее расстояния от графена и может быть использована для измерения осевого расстояния.

ДНК-КРАСКА увеличивает скорость

Следовательно, комбинация pMINFLUX с так называемым графеновым переносом энергии (GET) предоставляет информацию о молекулярных расстояниях во всех трех измерениях - и делает это с самым высоким разрешением, достижимым на сегодняшний день, менее 0,3 нанометров. "Высокая точность GET-pMINFLUX открывает двери для новых подходов к улучшению микроскопии со сверхразрешением", - говорит Йонас Церингер, ведущий автор статьи.

Исследователи также использовали это для дальнейшего увеличения скорости микроскопии со сверхразрешением. С этой целью они использовали ДНК-нанотехнологию для разработки так называемого подхода L-PAINT. В отличие от DNA-PAINT, метода, который обеспечивает сверхразрешение за счет связывания и разъединения нити ДНК, меченной флуоресцентным красителем, нить ДНК в L-PAINT имеет две связывающие последовательности. Кроме того, исследователи разработали иерархию связывания таким образом, что нить ДНК L-PAINT дольше связывается с одной стороны. Это позволяет другому концу нити локально сканировать положения молекул с высокой скоростью.

"Помимо увеличения скорости, это позволяет сканировать плотные скопления быстрее, чем искажения, возникающие из-за теплового дрейфа", - говорит Тиннефельд. "Наша комбинация GET-pMINFLUX и L-PAINT позволяет нам исследовать структуры и динамику на молекулярном уровне, которые являются фундаментальными для нашего понимания биомолекулярных реакций в клетках".