La imagen muestra cómo la tecnología Discrete Molecular Imaging (DMI) visualiza objetivos individuales densamente empaquetados que están a solo 5 nanómetros de distancia entre sí en estructuras de origami de ADN (ver esquemas a la izquierda). La imagen de la parte superior derecha muestra una imagen de superresolución generada por DMI de un patrón claro de señales individuales. En la imagen de abajo a la derecha, Se han visualizado tres especies objetivo diferentes dentro de la misma estructura de origami utilizando el método DMI mejorado con Exchange-PAINT. Crédito:Instituto Wyss de la Universidad de Harvard
La mayoría de las proteínas no funcionan de forma aislada, sino que forman complejos más grandes, como las máquinas moleculares, que permiten que las células se comuniquen entre sí. mover la carga en sus interiores o replicar su ADN. Nuestra capacidad para observar y rastrear cada proteína individual dentro de estas máquinas es crucial para nuestra comprensión final de estos procesos. Todavía, el advenimiento de la microscopía de súper resolución que ha permitido a los investigadores comenzar a visualizar moléculas o complejos moleculares en posiciones cercanas con una resolución de 10-20 nanómetros no es lo suficientemente poderoso como para distinguir características moleculares individuales dentro de esos complejos densamente empaquetados.
Un equipo del Instituto Wyss de Harvard para Ingeniería de Inspiración Biológica dirigido por Peng Yin, miembro de la Facultad Central, Doctor., tiene, por primera vez, ha sido capaz de distinguir características distanciadas a solo 5 nanómetros entre sí en un estructura molecular única y lograr la resolución más alta hasta ahora en microscopía óptica. Informado el 4 de julio en un estudio en Nanotecnología de la naturaleza , La tecnología, también llamado "imagen molecular discreta" (DMI), mejora la plataforma de microscopía de superresolución impulsada por nanotecnología de ADN del equipo con un conjunto integrado de nuevos métodos de obtención de imágenes.
El año pasado, La oportunidad de capacitar a los investigadores con microscopía de súper resolución de bajo costo utilizando tecnologías basadas en DNA-PAINT llevó al Instituto Wyss a lanzar su spin-off Ultivue Inc.
"La resolución ultraalta de DMI avanza la plataforma DNA-PAINT un paso más hacia la visión de proporcionar la mejor visión de la biología. Con este nuevo poder de resolución y la capacidad de enfocarse en características moleculares individuales, DMI complementa los métodos actuales de biología estructural como la cristalografía de rayos X y la microscopía crioelectrónica. Abre un camino para que los investigadores estudien las conformaciones moleculares y las heterogeneidades en complejos de un solo componente, y proporciona una método rápido y multiplexado para el análisis estructural de muchas muestras en paralelo ", dijo Peng Yin, quien también es profesor de Biología de Sistemas en la Escuela de Medicina de Harvard.
Tecnologías DNA-PAINT, desarrollado por Yin y su equipo se basan en la unión transitoria de dos hebras de ADN cortas complementarias, uno está unido al objetivo molecular que los investigadores pretenden visualizar y el otro unido a un tinte fluorescente. Los ciclos repetidos de unión y desunión crean un comportamiento de parpadeo muy definido del tinte en el sitio de destino, que es altamente programable mediante la elección de cadenas de ADN y ahora ha sido explotado aún más por el trabajo actual del equipo para lograr imágenes de ultra alta resolución.
"Al aprovechar aún más los aspectos clave que subyacen a las condiciones de parpadeo en nuestras tecnologías basadas en DNA-PAINT y desarrollar un método novedoso que compensa los movimientos diminutos pero extremadamente disruptivos de la platina del microscopio que transporta las muestras, logramos aumentar adicionalmente el potencial más allá de lo que ha sido posible hasta ahora en microscopía de súper resolución, "dijo Mingjie Dai, quien es el primer autor del estudio y un estudiante de posgrado que trabaja con Yin.
Además, Ralf Jungmann es coautor del estudio, Doctor., ex becario postdoctoral en el equipo de Yin y ahora líder de grupo en el Instituto Max Planck de Bioquímica de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, Alemania.
Los científicos del Instituto Wyss han evaluado la resolución ultra alta de DMI utilizando nanoestructuras de ADN sintético. Próximo, los investigadores planean aplicar la tecnología a complejos biológicos reales, como el complejo de proteínas que duplica el ADN en las células en división o los receptores de la superficie celular que se unen a sus ligandos.
En esta imagen, el "Wyss!" El nombre se ha visualizado en una pantalla de origami de ADN con la resolución más alta posible hasta ahora en imágenes ópticas utilizando la tecnología Discrete Molecular Imaging (DMI). Crédito:Instituto Wyss de la Universidad de Harvard
"Peng Yin y su equipo han vuelto a romper barreras nunca antes posibles al aprovechar el poder del ADN programable, no para el almacenamiento de información, pero crean "instrumentos moleculares" a nanoescala que llevan a cabo tareas definidas y leen lo que analizan. Este nuevo avance hacia su plataforma de imágenes de superresolución impulsada por el ADN es una hazaña asombrosa que tiene el potencial de descubrir el funcionamiento interno de las células a nivel de una sola molécula utilizando microscopios convencionales que están disponibles en los laboratorios de biología comunes. "dijo Donald Ingber, MARYLAND., Doctor., quien es el profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, y también profesor de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard.
