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物理学家优化DNA显微镜技术,以提高成像速度,增加颜色

超分辨率荧光显微镜可以用于观察小于200纳米的结构。,低于光的衍射极限。其中一种显微镜技术叫做DNA-PAINT,是由MPI生物化学研究组组长、LMU实验物理学教授拉尔夫·荣曼(Ralf Jungmann)和同事们共同开发的。这项技术使用了短的“成像仪”,染料标记的DNA链暂时与他们的目标分子结合,以互补的方式产生必要的“闪烁”,以实现图像的超分辨率重建。

“通过优化DNA序列设计,我们最近将DNA- paint传统上相当缓慢的获取速度提高了一个数量级,”Jungmann说。“然而,这是以失去多路复用为代价的,这意味着细胞中的几个结构不能同时被观察到,”Jungmann补充道。同时观察几种蛋白质,对于更好地理解肿瘤和正常细胞之间复杂的信号级联是很重要的。

这种多路复用能力在速度优化的DNA-PAINT中是无法实现的,因为只有一个优化序列具有改进的杂交特性。该论文的第一作者、Jungmann小组的同事Sebastian Strauss说:“我们问自己如何实现多路成像,同时进一步提高图像采集速度。”

在目前的研究中,研究者提出了一个新的概念,成功地提高了成像速度。他们利用了这样一个事实,即成像仪与目标链结合的频率与可用结合位点的数量成线性关系。“结合位点越多,图像获取的速度就越快。然而,简单地连接结合位点会导致不必要的长对接序列,潜在地降低可实现的图像分辨率和增加非特异性结合,”Strauss说。为了解决这些问题,研究人员设计了重复的序列基序,例如(TCC)n,将其串联起来可以提供重叠的结合位点,但仅略微增加链长。Strauss说:“我们设计了6个个体的,周期性的序列图案,这允许我们引入多路复用来加速dna绘制。”“结合之前的改进,我们现在可以将dna喷涂速度提高100倍,”Jungmann补充道。

为了优化新的序列基序和衡量改进的基准,研究小组使用了DNA折纸结构,这是一种自组装的,纳米大小的DNA物体自动折叠成预定义的形状。这些结构可用于排列dna -油漆结合位点,这些位点的间距精确到5纳米。这使得研究人员能够在确定的条件下评估dna涂料的改进。“新的优化DNA序列允许我们在几分钟内解析出六个不同的DNA折纸结构,而不是一个,”Strauss解释说。

“我们很高兴能将现在进一步提高的成像速度应用于dna绘制来解决生物学问题。”例如,肿瘤标志物以前只能在单分子水平上缓慢而不清晰地检测。在我们的研究中,四种不同的肿瘤标记物的测量证实了快速和准确的分析它们的分子位置和相互作用。这可能为药物开发及其作用机制提供重要的见解,”Jungmann总结道。

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