초고해상도 현미경의 한계를 뛰어넘다: 자가정렬 현미경
노벨상을 받은 초해상 현미경의 한계를 뛰어넘는 초정밀 현미경을 통해 과학자들은 개별 분자 사이의 거리를 직접 측정할 수 있습니다.
뉴사우스웨일스 대학의 의학 연구자들은 단일 분자 현미경으로 손상되지 않은 세포 내 개별 분자 간의 상호 작용을 탐지하는 전례 없는 해상도를 달성했습니다.
2014년 노벨 화학상은 초고해상도 형광 현미경 기술 개발로 수여되었습니다. 이 기술은 복잡한 생물학적 시스템과 과정에 대한 새로운 분자적 시각을 제공하는 기능인 세포 내부의 분자적 시각을 현미경에게 처음으로 제공했습니다.
이제 단일 분자 현미경의 검출 한계가 다시 한 번 향상되었으며 자세한 내용은 Science Advances 최신호에 게재되었습니다.
초고해상도 현미경으로 개별 분자를 관찰하고 추적하는 것이 가능했지만, 이들 분자 간의 상호작용은 기존 단일 분자 현미경으로 확인할 수 있는 것보다 최소 4배 작은 규모로 발생합니다.
"단일 분자 현미경이 일반적으로 20~30나노미터 정도의 위치 파악 정확도를 갖는 이유는 일반적으로 신호를 감지할 때 현미경이 실제로 움직이기 때문입니다. 이로 인해 불확실성이 발생합니다. 기존 초해상도 기기를 사용하면 하나의 단백질이 결합되어 있는지 여부를 확인하지 못할 수 있습니다. 또 다른 이유는 그들 사이의 거리가 그들의 위치에 대한 불확실성보다 짧기 때문입니다."
이 문제를 해결하기 위해 팀은 광학 경로와 거울 스테이지를 감지하고 재정렬하는 단일 분자 현미경 내부에 자동화된 피드백 루프를 구축했습니다.
"이 현미경으로 무엇을 하든 상관없습니다. 기본적으로 나노미터 정밀도로 복귀 경로를 찾습니다. 스마트 현미경입니다. 운영자나 서비스 엔지니어가 수행해야 하는 모든 작업을 수행할 수 있으며 초당 12회 수행할 수 있습니다. " 고스 교수는 이렇게 말했습니다.
단백질 사이의 거리 측정
이 백서에 설명된 설계 및 방법론을 통해 UNSW 팀은 기존 현미경과 호환되고 시료 준비에 최대의 유연성을 제공하는 피드백 시스템을 설계했습니다.
"이것은 주요 이미징 문제에 대한 매우 간단하고 우아한 솔루션입니다. 우리는 현미경 내부에 현미경을 만들었고 주 현미경을 정렬한 것뿐입니다. 우리가 찾은 솔루션의 단순성과 실용성은 진정한 강점입니다. 시스템을 복제하고 새로운 기술을 신속하게 채택하세요." 고스 교수는 이렇게 말했습니다.
초정밀 피드백 단일 분자 현미경의 유용성을 입증하기 위해 연구진은 이를 사용하여 T 세포의 신호 전달 단백질 사이의 거리를 직접 측정했습니다. 세포 면역학의 일반적인 가정은 T 세포 수용체가 브레이크 역할을 하는 다른 분자에 가까이 있을 때 이러한 면역 세포가 정지 상태를 유지한다는 것입니다.
그들의 고정밀 현미경은 활성화된 T 세포에서 두 개의 신호 분자가 실제로 서로 더 분리되어 브레이크를 해제하고 T 세포 수용체 신호를 켜는 것을 보여줄 수 있었습니다.
Goss 교수는 "기존의 현미경 기술로는 이러한 작은 변화를 정확하게 측정할 수 없을 것입니다. 정지 상태의 T 세포와 활성화된 T 세포의 신호 분자 사이의 거리가 단지 4-7나노미터만 다르기 때문입니다."라고 말했습니다.
"이것은 또한 이러한 신호 메커니즘이 공간 격리에 얼마나 민감한지를 보여줍니다. 이러한 규제 프로세스를 식별하려면 이 현미경이 가능하게 하는 정확한 거리 측정을 수행해야 합니다. 이러한 결과는 이 기술이 발견 중이며 어떤 방식으로도 제조할 수 없음을 보여줍니다. 다른 방법으로."
