دفع حدود الفحص المجهري فائق الدقة: الفحص المجهري ذاتي المحاذاة
إن الفحص المجهري فائق الدقة الذي يتجاوز حدود المجهر فائق الدقة الحائز على جائزة نوبل سيسمح للعلماء بقياس المسافات بين الجزيئات الفردية بشكل مباشر.
حقق الباحثون الطبيون في جامعة نيو ساوث ويلز دقة غير مسبوقة في الفحص المجهري لجزيء واحد لاكتشاف التفاعلات بين الجزيئات الفردية داخل الخلايا السليمة.
مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2014 لتطوير تقنية الفحص المجهري الفلوري فائق الدقة، والتي زودت علماء المجهر بأول رؤية جزيئية لداخل الخلية، وهي ميزة توفر آراء جزيئية جديدة للأنظمة والعمليات البيولوجية المعقدة.
الآن، تم تجاوز حدود الكشف عن الفحص المجهري لجزيء واحد مرة أخرى، وتم نشر التفاصيل في العدد الأخير من Science Advances.
لقد كان من الممكن مراقبة وتتبع الجزيئات الفردية باستخدام مجاهر فائقة الدقة، ولكن التفاعلات بين هذه الجزيئات تحدث على نطاق أصغر بأربع مرات على الأقل من ذلك الذي تم حله بواسطة المجاهر الموجودة ذات الجزيء الواحد.
"السبب الذي يجعل المجاهر ذات الجزيء الواحد تتمتع بدقة تحديد موقع تبلغ حوالي 20 إلى 30 نانومتر هو عادة أن المجهر يتحرك فعليًا عند اكتشاف الإشارات. وهذا يؤدي إلى عدم اليقين. باستخدام الأدوات فائقة الدقة الموجودة، يمكن أن نفشل في تحديد ما إذا كان بروتين واحد مرتبطًا أم لا آخر لأن المسافة بينهما أقصر من عدم اليقين في مواقفهم ".
ولحل هذه المشكلة، قام الفريق ببناء حلقة ردود فعل آلية داخل المجهر أحادي الجزيء، والتي تكتشف وتعيد تنظيم المسار البصري ومرحلة المرآة.
"لا يهم ما تفعله بهذا المجهر، فهو يجد مسار العودة بدقة نانومترية. إنه مجهر ذكي. يمكنه القيام بكل ما يحتاج المشغل أو مهندس الخدمة إلى القيام به ويمكنه القيام بذلك 12 مرة في الثانية. " قال البروفيسور جوس.
قياس المسافة بين البروتينات
من خلال التصميم والمنهجية الموضحة في هذه الورقة، صمم فريق جامعة نيو ساوث ويلز نظامًا للتعليقات متوافقًا مع المجاهر الموجودة ويوفر أقصى قدر من المرونة لإعداد العينات.
"هذا حل بسيط وأنيق للغاية لمشكلة تصوير كبيرة. لقد قمنا للتو ببناء مجهر داخل مجهر وكل ما فعلناه هو محاذاة المجهر الرئيسي. إن بساطة الحل الذي وجدناه وعمليته هو قوته الحقيقية. من السهل استنساخ النظام واعتماد تقنيات جديدة بسرعة." قال البروفيسور جوس.
لإثبات فائدة مجهر التغذية الراجعة فائق الدقة أحادي الجزيء، استخدمه الباحثون لإجراء قياسات مباشرة للمسافة بين بروتينات الإشارة في الخلايا التائية. من الافتراضات الشائعة في علم المناعة الخلوية أن هذه الخلايا المناعية تظل في حالة سكون عندما يكون مستقبل الخلايا التائية قريبًا من جزيء آخر يعمل ككابح.
كان الفحص المجهري عالي الدقة قادرًا على إظهار أن جزيئين الإشارة قد تم فصلهما عن بعضهما البعض في الخلايا التائية النشطة، مما أدى إلى إطلاق المكابح وتشغيل إشارات مستقبلات الخلايا التائية.
وقال البروفيسور جوس: "إن تقنيات الفحص المجهري التقليدية لن تكون قادرة على قياس مثل هذا التغيير البسيط بدقة لأن المسافة بين جزيئات الإشارة هذه في الخلايا التائية الهادئة والمنشطة تختلف بمقدار 4-7 نانومتر فقط."
"وهذا يوضح أيضًا مدى حساسية آليات الإشارة هذه للعزل المكاني. ولتحديد مثل هذه العمليات التنظيمية، نحتاج إلى إجراء قياسات دقيقة للمسافة، وهو ما يتيحه هذا المجهر. وتوضح هذه النتائج أن التكنولوجيا قيد الاكتشاف ولا يمكن تصنيعها في أي مكان." طريق اخر."
