Mikroskopie: Höchste Auflösung in drei Dimensionen |
Superauflösende Mikroskopiemethoden sind essenziell, um Strukturen und Dynamik von Molekülen aufzudecken. Seit Forschende die lange als fundamental geltende Auflösungsgrenze von etwa 250 Nanometern überwunden haben (dafür gab es 2014 den Nobelpreis für Chemie), haben sich die Methoden in der Mikroskopie rasant weiterentwickelt. Nun hat ein Team um den LMU-Chemiker Prof. Philip Tinnefeld durch die Kombination verschiedener Methoden einen weiteren Fortschritt erzielt, der höchste Auflösung im dreidimensionalen Raum erreicht und einen fundamental neuen Ansatz für das schnellere Abbilden dichter molekularer Strukturen ermöglicht. Die neue Methode ermöglicht eine axiale Auflösung von weniger als 0,3 Nanometer.
Die Forschenden kombinierten die von Tinnefelds Team entwickelte
sogenannte pMINFLUX-Methode mit einem Ansatz, der besondere
Eigenschaften von Graphen als Energieakzeptor nutzt. pMINFLUX basiert
darauf, dass die Fluoreszenzintensität von durch Laserpulsen angeregten
Molekülen gemessen wird. Die Methode ermöglicht es, deren laterale
Abstände mit einer Auflösung von nur 1 Nanometer zu unterscheiden.
Graphen absorbiert die Energie eines fluoreszierenden Moleküls, wenn
dieses nicht mehr als 40 Nanometer von seiner Oberfläche entfernt ist.
Die Fluoreszensintensität des Moleküls hängt dann von seiner Entfernung
zu Graphen ab und kann zur axialen Abstandsmessung genutzt werden.
Schnellere Messung mit L-PAINTDie
Kombination von pMINFLUX mit diesem sogenannten Graphen Energie
Transfer (GET) liefert daher Informationen zu Molekülabständen in allen
drei Dimensionen - und zwar in höchster Auflösung von unter 0,3
Nanometer. „Die hohe Präzision von GET-pMINFLUX ermöglicht neue Ansätze,
um die Superauflösungsmikroskopie zu verbessern“ sagt Jonas Zähringer,
Erstautor der Publikation.
Dies nutzten die Forschenden, um auch
die Geschwindigkeit der Superauflösungsmikroskopie weiter zu erhöhen.
Dazu entwickelten sie mithilfe von DNA-Nanotechnologie den sogenannten
L-PAINT Ansatz. Im Gegensatz zu DNA-PAINT, einer Technik, bei der durch
An- und Abbinden eines mit Fluoreszenzfarbstoff markierten DNA-Strangs
Superauflösung ermöglicht wird, hat der DNA-Strang bei L-PAINT zwei
Bindesequenzen. Zusätzlich designten die Forschenden eine
Bindungshierarchie, sodass der L-PAINT DNA-Strang auf einer Seite länger
bindet. Dadurch kann das andere Ende des Strangs die Molekülpositionen
lokal schnell abrastern.
„Dies erhöht nicht nur die
Geschwindigkeit, sondern ermöglicht das Abtasten von dichten Clustern
schneller als Störungen durch thermische Drift“, so Tinnefeld. „Die
Kombination mit GET-pMINFLUX und L-PAINT ermöglicht es uns, Strukturen
und Dynamiken auf molekularer Ebene zu untersuchen, die fundamental für
unser Verständnis von biomolekularen Reaktionen in Zellen sind.“
Den Artikel finden Sie unter:
https://www.lmu.de/de/newsroom/newsuebersicht/news/mikroskopie-hoechste-aufloesung-in-drei-dimensionen.html
Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München (03/2023)
Publikation: Jonas
Zähringer, Fiona Cole, Johann Bohlen Florian Steiner, Izabela Kami?ska,
Philip Tinnefeld, Combining pMINFLUX, Graphene Energy Transfer and
DNA-PAINT for Nanometer Precise 3D Super-Resolution Microscopy, Light:
Science & Applications, X,YZ (2023) https://www.nature.com/articles/s41377-023-01111-8 |