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重要技术突破:将光学分辨率推向极限5nm

华人学者发表重要技术突破:将分辨率推向极限

转发: www.ebiotrade.com 时间:2016年7月7日 来源:生物通


  生物通报道:蛋白质大多不是独行侠,它们喜欢形成复合物共同执行任务。跟踪观察这些分子机器的蛋白组分,对于理解生物学过程是至关重要的。获得诺贝尔奖的超高分辨率显微技术可以轻松分辨相距10-20nm的分子或分子复合物,但这些技术还不足以鉴别紧密复合物中的分子特征。

哈佛大学Wyss研究所的尹鹏(Peng Yin)教授领导研究团队在这方面取得了重要的突破。他们用自己开发的离散分子成像DMI(discrete molecular imaging)技术分析紧密复合物的组分,达到了光学显微镜目前最高的分辨率——5nm。这项引人注目的研究于七月四日发表在Nature Nanotechnology杂志上。

尹鹏早年毕业于北京大学,在美国杜克大学取得博士学位,现在任哈佛大学Wyss研究院的教授。他主要从事分子工程、生物学与信息科学等方面的研究,曾荣获2010年美国NIH院长创新奖。近几年尹鹏教授在Nature、Science、Cell等顶级期刊上发表了多项重要的研究成果。

研究显示,DMI技术大大提高了DNA-PAINT的成像性能,DNA-PAINT是尹鹏团队此前建立的超高分辨率显微平台。DNA-PAINT主要依赖两个互补短DNA链的瞬时结合,一条DNA链结合想要成像的目标分子,一条DNA链结合荧光染料。这两条DNA链的反复结合会生成非常清晰的闪烁。

“DMI的极高分辨率让DNA-PAINT平台离生物学终极图像又进了一步。DMI弥补了现有结构生物学方法(比如X射线晶体学技术和冷冻电镜)的不足。现在研究者们能够在多组分复合物中深入研究分子构象和异质性。这是一种简单、迅速的多重化技术,可以同时对多个样本进行结构分析,”尹鹏教授介绍道。

研究人员已经用人工合成的DNA纳米结构对DMI技术进行了测试。他们随后会将这一技术用于真正的生物学复合物,比如负责复制DNA的蛋白复合体,或者结合了配体的细胞表面受体。

几个世纪以来,光学显微镜的“衍射极限”一直被认为是无法超越的。Eric Betzig、William Moerner 和Stefan Hell从不同途径突破了这一极限,并因此获得了2014年的诺贝尔化学奖。他们开发的超高分辨率显微技术能够分辨距离少于200nm的两个物体。Nature Methods杂志与两位诺贝尔奖得主(Eric Betzig和Stefan Hell)对话,探讨了超高分辨率显微技术的实际应用。(更多信息请参见:Nature Methods对话诺贝尔奖得主:获奖技术适合你么?)

超高分辨率显微镜赋予了人们突破衍射极限的能力,研究者们在这一技术的帮助下已经获得了许多固定样本的漂亮图像。不过,用超高分辨率显微镜进行活细胞成像将是一个更大的挑战。目前市场上可以进行活细胞成像的超高分辨率显微镜主要是:以共聚焦为基础的系统和以SIM技术为基础的系统。(更多信息请参见:活细胞成像的各种犀利武器)

霍华德•休斯医学研究所HHMI的研究团队在Science杂志上发表了一项重要的技术突破。他们大大提升了结构照明显微技术(SIM)的空间分辨率,在活细胞中空前清晰地成像了动态的生物学过程。诺贝尔奖得主Eric Betzig和华人博士后Dong Li在这项研究中,通过视频展示了细胞内结构蛋白的重塑,以及细胞摄入分子时的膜动态。(更多信息请参见:诺奖得主和浙大学子Science发表重要技术突破)

生物通编辑:叶予

生物通推荐原文:Optical imaging of individual biomolecules in densely packed clusters. Nature Nanotechnology



英文原文:http://phys.org/news/2016-07-super-ultra-resolution-microscopy-method-frontier.html

视频1:Discrete Molecular Imaging http://v.youku.com/v_show/id_XMTYzNjE2NjMxNg==.html

视频2:Super Resolution Discrete Molecular Imaging Animation超高分辨DMI技术演示 http://v.youku.com/v_show/id_XMTYzNjE2MjI3Ng==.html

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