Kamera ultracepat baru menangkap dinamika molekuler di dalam sel. – Warungku Terkini

Ilmuwan Asia (1 Juli 2023) – Dalam beberapa tahun terakhir, Ilmuwan telah mengembangkan alat canggih untuk melihat ke dalam sel hidup secara detail. Namun, Gambar-gambar ini umumnya membeku dalam waktu; Jadi, ini hanya menangkap sebagian dari realitas kompleks tentang apa yang terjadi di dalam sel. Menurut sebuah penelitian yang diterbitkan. Jurnal Biologi SelPara peneliti di Universitas Kyoto melaporkan metode baru untuk memvisualisasikan dinamika seluler hingga ke tingkat molekul tunggal.

Ahli biologi menggunakan teknik pencitraan molekul fluoresen tunggal (SFMI) untuk mempelajari proses seluler dengan menempelkannya ke piston pemancar cahaya pada resolusi molekul tunggal. Metode baru memungkinkan resolusi waktu yang belum pernah ada sebelumnya untuk SFMI, hingga 10.000 frame per detik. Ini memberi ahli biologi cara untuk mempelajari struktur supramolekul dalam sel, seperti bagaimana domain membran atau organel membran fungsional diatur pada tingkat molekuler.

“Kita bisa mengetahui bagaimana molekul konstan masuk dan keluar. [organellar] Sangat penting untuk memahami bagaimana struktur tersebut dibentuk atau dikendalikan sebagai respons terhadap rangsangan atau sinyal ekstraseluler,” kata Takahiro Fujiwara, ahli biofisika dan penulis utama makalah tersebut, dalam sebuah wawancara. Majalah Ilmuwan Asia.

Para peneliti menggunakan sensor kamera industri berkecepatan tinggi yang digunakan dalam pengujian keamanan kecelakaan. Namun, Bidang pandang sebagian sel sangat kecil dibandingkan dengan mobil. Pada frekuensi gambar yang lebih tinggi, Beberapa foton mengenai sensor, menciptakan gambar yang sangat bising. Untuk mengatasi tantangan ini, Mereka menggabungkan sensor dan intensifikasi gambar. Setelah sensor mengubah foton menjadi elektron; Sistem intensifikasi memperkuat elektron dari kamera ke tingkat kebisingan yang relatif rendah.

pada 10.000 bingkai per detik; Mereka dapat dengan tepat menemukan struktur dalam jarak 20 nanometer dari posisinya. Ini sama dengan mencapai akurasi lebar rambut pada 60 frame per detik

Lebih dari dua dekade lalu, Fujiwara dan Akihiro Kusumi, rekan penulis makalah ini, menunjukkan bahwa fosfolipid dan protein membran bergerak secara non-acak yang dikenal sebagai difusi hop. Mencari bukti visual dari mekanisme tersebut, penulis melatih metode pencitraan baru mereka pada membran sel sel epitel. Mereka menyaksikan molekul membran melompat dari satu bagian sel ke bagian lainnya. Di luar metode yang ada, mereka juga memvisualisasikan lompatan dan difusi di dalam sel yang menempel pada substrat.

Dalam makalah terlampir, Fujiwara dan rekannya mengidentifikasi adhesi fokal, yang membantu sel terhubung ke matriks ekstraseluler di sekitarnya. Mereka menggunakan pencitraan yang sangat cepat untuk mempelajari struktur molekul. Dengan frekuensi gambar yang tinggi, Metode ini mempersingkat waktu yang diperlukan untuk memetakan struktur ini dari beberapa menit menjadi beberapa detik. Ini memungkinkan tim untuk mempelajarinya dalam sel hidup, dibandingkan dengan teknik pencitraan lain yang bekerja dengan sel mati.

Di pulau-pulau, protein membran ditemukan menumpuk secara longgar. Selain itu, integrin Protein transmembran berdifusi melalui adhesi fokal. Pembentukan pulau protein dan difusi integrin memungkinkan perekrutan atau penghilangan integrin secara cepat untuk pembentukan atau disintegrasi adhesi fokal.

Interaksi dinamis antar molekul mendasari banyak proses biologis. Sel terus-menerus menerima berbagai informasi untuk merespons lingkungannya dengan cepat. Pencitraan ultracepat menyediakan cara untuk membekukan aktivitas ini dalam gerakan lambat, memberikan wawasan mendalam tentang proses mulai dari pelipatan protein dan regulasi gen hingga pengangkutan organel.

Misalnya, Pemahaman yang lebih baik tentang dinamika membran sel dapat memberikan wawasan yang relevan secara klinis. “Selama penyebaran atau pertumbuhan kanker, sel-sel perlu bergerak satu sama lain untuk membentuk jaringan. Memahami adhesi fokal sangatlah penting,” tambah Fujiwara.

—

Sumber: Universitas Kyoto ; Yipei Lieu/ Ilmuwan Asia Magaizne

Makalah Pengembangan pencitraan molekul fluoresensi tunggal berbasis kamera ultrafast untuk biologi sel

Penafian: Artikel ini tidak mencerminkan pandangan warungku atau stafnya.