Наблюдение Уильяма Демпси, постдока в группе профессора ETH Периклиса Пантазиса, привело к созданию нового приложения. Он работал с особым классом флуоресцентных белков (см. Вставку), которые меняют цвет при облучении лазерным светом определенной длины волны.
Один из таких «белков-хамелеонов» называется Dendra 2, который обычно излучает зеленый свет при освещении синим светом. Однако излучение Dendra 2 смещается в красный цвет, когда он облучается интенсивным фиолетовым или ультрафиолетовым (УФ) лазерным светом.
Комбинация из двух лазеров
Демпси и Пантазис специально обнаружили, что при одновременном облучении Dendra 2 синим и красным лазером цвет белка также может измениться на красный.
Для этого двухцветного освещения достаточно лазерного света низкой интенсивности. В отличие от высокоинтенсивного фиолетового или ультрафиолетового (УФ) облучения, он не повреждает живые клетки.
Затем профессор ETH Пантазис и его коллеги придумали, как это открытие можно применить в световой микроскопии.
Флуоресцентные белки можно использовать для визуализации целых клеток, точных клеточных структур или отдельных молекул. Впервые открытие исследователя ETH позволяет выделить одну клетку или группу молекул, расположенных в желаемой части живого организма, одним цветом, в то время как все остальные клетки или молекулы остаются видимыми другим цветом.
Сосредоточьтесь на одной точке
Исследовательская группа показала, что при индивидуальном использовании два разных лазерных луча не могут изменить цвет белка хамелеона. Но когда два луча объединяются и направляются таким образом, что встречаются в определенной точке объекта, тогда белки в фокусе меняют цвет.
Напротив, белки, которые не активируются одновременно двумя лазерами, сохраняют свой первоначальный цвет.
Исследователи разработали простой и недорогой цветной фильтр, который можно использовать с обычными конфокальными лазерными микроскопами, которые используются во многих биомедицинских исследовательских институтах.
При установке между лазерным источником и объектом, фильтр разделяет лазерный свет на отдельные синие и красные лучи, которые направляются в небольшую точку фокусировки на объекте.
Исследование динамических процессов
В случае личинки рыбок данио, которая прозрачна и поэтому хорошо подходит для микроскопии, исследователи ETH использовали Dendra 2 для окраски нейронов.
Затем они сфокусировали фокус комбинированного лазерного луча на теле клетки одного нейрона живой анестезированной рыбы данио. Локальные молекулы Dendra 2 стали красными, распространились по всей клетке и окрасили ее расширения.
Все остальные клетки, даже в непосредственной близости от целевой клетки, оставались зелеными.
По словам Пантазиса, способность делать видимыми отдельные нейроны может иметь большое значение, например, при точном картировании мозга. Поскольку метод подходит для нацеливания на отдельные клетки живых организмов, его также можно использовать для изучения динамических процессов; например, что происходит с отдельными клетками или группой молекул, когда исследователи обрабатывают организм активными фармацевтическими ингредиентами. Развитие эмбриона также можно было бы изучить более подробно. «Наш метод элегантно позволяет проводить трехмерный анализ», — поясняет Пантазис. "Это очень хороший пример того, как вы можете взять результат фундаментального исследования и использовать его для решения технически сложной проблемы."Pantazis надеется, что этот метод будет более широко использоваться в биомедицинских исследованиях в будущем, и ведет переговоры с производителями микроскопов о внедрении этой технологии.
Флуоресцентные белки
Флуоресцентные белки играют ключевую роль в биомедицинских исследованиях.
Именно эти белки используют исследователи для окрашивания клеточной структуры или конкретной молекулы, чтобы сделать их видимыми под микроскопом. В природе эти белки содержатся в некоторых видах медуз и кораллов.
Со временем исследователи создали радужную цветовую палитру флуоресцентных белков, излучающих свет в видимом спектре. В результате можно сделать видимыми одновременно различные клеточные структуры, используя флуоресцентные белки с разным цветом излучения.
Кроме того, некоторые флуоресцентные белки, такие как белок Dendra 2, который использовался в этом исследовании, меняют свой цвет после облучения светом определенной длины волны.