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Science:庄晓薇诠释新型探针

摘要 : 来自哈佛大学化学与化学生物学系,分子与细胞生物学系,霍德华休斯医学院的研究人员介绍了一组特殊的荧光探针家族,实现了多色随机光学重建显微法(multicolorstochasticopticalreconstructionmicroscopy),并利用这种方法以20-30纳米级别的分辨率演示了DNA模式样品和哺乳动物细胞的多色成像,这种纳米级的技术不仅将在分子相互作用的直接可视成像方面大放异彩,也将帮
来自哈佛大学化学与化学生物学系,分子与细胞生物学系,霍德华休斯医学院的研究人员介绍了一组特殊的荧光探针家族,实现了多色随机光学重建显微法(multicolor stochastic optical reconstruction microscopy),并利用这种方法以20-30纳米级别的分辨率演示了DNA模式样品和哺乳动物细胞的多色成像,这种纳米级的技术不仅将在分子相互作用的直接可视成像方面大放异彩,也将帮助其它细胞活动或分子活动的观测。这一研究成果公布在2月25日Nature杂志在线版上。

领导这一研究的是哈佛大学的庄晓薇博士,早年毕业于中国科技大学。在2005年与另一位毕业于中国科技大学的学者(骆利群)被选为HHMI研究员。

近期远距离光学纳米显微镜(far-field optical nanoscopy)方面的研究进展也促使了荧光成像获得了长足的发展:达到20-50纳米分辨率。但是多色超分辨率成像(Multicolor super-resolution imaging)依然是一块硬骨头,需要研究人员更多的努力。

在2005年的一项研究中,庄晓薇与其它同事发现了一种能够几百次地反复在各种颜色的光照下使用的,能够驱动为荧光态和暗态的发光分子团,从而得到了一种比传统光学显微镜高10倍以上的分辨率的显微技术,并将这种技术命名为随机光学重建显微法(stochastic reconstruction microscopy,STORM)。

庄认为这种技术可以用于生物学中的分子和细胞成像。目前高分辨的生物成像都使用电子显微镜,只能对死物成像。科学界长久以来希望能有一个对活生物样本进行分子尺度的无接触、温和的、实时成像技术,而STORM就是这样一种技术。研究人员把荧光团连接到一个可以设计成依次连接许多种生物分子的抗体上。然后把连接了荧光团的生物样本曝露在变波长的连续闪光下,分别激发不同子集的荧光团。得到许多不同子集的荧光团发光的图像后,再把这些图像合成一张能够清晰分辨荧光团的图。

当时整个STORM技术的图象处理过程需要几分钟的时间,研究人员表示他们的下一步研究方向是分子分辨的、多色的、实时活体成像的STORM技术。

现在的这篇新研究报告公布了他们的最新研究成果:利用一组可切换照片荧光探针(photo-switchable fluorescent probes)获得了多色随机光学重建显微法(multicolor stochastic optical reconstruction microscopy)。其中每一个探针包含一个可切换“报告”荧光基团,从而可以在荧光和黑暗状态下循环交替,另外还包含一个“激活子”方便报告子激活照片。复合了报告子和激活子的探针能发散出许多不同的颜色,这些探针的亚集颜色特异性活性赋予了它们纳米级的精确性,确保了超级分辨率STORM成像的重建。

利用这种方法,研究人员以20-30纳米级别的分辨率演示了DNA模式样品和哺乳动物细胞的多色成像,这种纳米级的技术不仅将在分子相互作用的直接可视成像方面大放异彩,也将帮助其它细胞活动或分子活动的观测。
  原始摘要: Multicolor Super-Resolution Imaging with Photo-Switchable Fluorescent Probes Mark Bates,1 Bo Huang,2,3 Graham T. Dempsey,4 Xiaowei Zhuang2,3,5* Recent advances in far-field optical nanoscopy have enabled fluorescence imaging with a spatial resolution of 20 to 50 nanometers. Multicolor super-resolution imaging, however, remains a challenging task. Here, we introduce a family of photo-switchable fluorescent probes and demonstrate multicolor stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). Each probe consists of a photo-switchable "reporter" fluorophore that can be cycled between fluorescent and dark states, and an "activator" that facilitates photo-activation of the reporter. Combinatorial pairing of reporters and activators allows the creation of probes with many distinct colors. Iterative, color-specific activation of sparse subsets of these probes allows their localization with nanometer accuracy, enabling the construction of a super-resolution STORM image. Using this approach, we demonstrate multicolor imaging of DNA model samples and mammalian cells with 20- to 30-nanometer resolution. This technique will facilitate direct visualization of molecular interactions at the nanometer scale 作者:网友 点击:
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