Překvapivý pohled do nitra buněk: Nová technika DNA-PAINT mapuje organizaci jádra s rozlišením 3 nanometry

Vědci z Indického institutu věd (IISc) dosáhli významného pokroku v oblasti mikroskopie. Implementovali pokročilou techniku DNA-PAINT, která jim umožnila vizualizovat více biomolekul uvnitř jádra rakovinné buňky současně a s neuvěřitelně vysokým rozlišením.

Vědci z Indického institutu věd (IISc) dosáhli významného pokroku v oblasti mikroskopie. Implementovali pokročilou techniku DNA-PAINT, která jim umožnila vizualizovat více biomolekul uvnitř jádra rakovinné buňky současně a s neuvěřitelně vysokým rozlišením. Díky tomu získali jednu z prvních detailních map organizace buněčného jádra, včetně klíčových součástí transkripčního aparátu buňky a proteinů zajišťujících strukturální podporu.

Lidské tělo se skládá z bilionů buněk, z nichž každá je složitě organizovanou sítí milionů proteinů, nukleových kyselin a dalších molekul nezbytných pro zdraví buňky. Budování nových technologií pro vizualizaci mnoha biomolekul v jednotlivých buňkách je klíčové pro posouvání hranic biologického výzkumu, jak uvádí Mahipal Ganji, profesor biochemie a korespondující autor studie publikované v Nature Communications. Konvenční zobrazovací techniky však dosud umožňovaly vědcům vizualizovat pouze dvě nebo tři biomolekuly v každé buňce najednou.

Výzkumníci se zaměřili na mikroskopickou techniku zvanou DNA-Points Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography (DNA-PAINT). Ta využívá malé fluorescenční DNA fragmenty, které se krátce připojí ke specifickým cílům uvnitř buňky a rozsvítí se jako drobné blikající signály, když na ně dopadne laserový paprsek. Různé buněčné komponenty lze označit unikátními DNA značkami, které lze sledovat a vytvářet tak velmi ostré snímky drobných cílů. Dosud však bylo možné označit a pozorovat pouze 2–3 molekuly současně. Vidět mnohem více otevírá cestu k detailním biologickým poznatkům o buněčné organizaci.

Tým z IISc provedl několik významných vylepšení techniky DNA-PAINT. Podařilo se jim vytvořit značky, které se dokázaly vázat na 12 různých cílů současně, přičemž pět z nich se dokázalo na cílové molekuly vázat rychleji a mnohem déle. To umožnilo získat ostřejší a jasnější snímky s detaily o velikosti pouhých 3–5 nanometrů. Použití silně se vážících značek snižuje energii laserového paprsku potřebnou k vizualizaci biomolekul, což vede ke snížení poškození DNA značek i samotných buněk. Tým také výrazně urychlil proces zobrazování. Zatímco vizualizace jedné biomolekuly trvala v počátečních dnech DNA-PAINT hodiny, s jejich upravenou technikou dokázali vizualizovat devět různých cílů za méně než čtyři hodiny.

Nová technika rovněž umožnila vědcům pozorovat, jak buňky reorganizují proteiny a biomolekuly, když je zablokován důležitý buněčný proces, jako je transkripce. Pochopení toho, jak se mění distribuce proteinů v nemocných buňkách, by mohlo otevřít nové cesty k detekci nemoci ještě před objevením příznaků. Mapováním přesných umístění různých biomolekul v nanometrovém měřítku můžeme začít odhalovat, jak se vzájemně ovlivňují a jak se tyto vztahy mění při nemoci.