Gouden nanodeeltjes fleuren de fluorescerende kleurstoffen op die onderzoekers gebruiken om eiwitten te markeren en te bestuderen, bacteriën en andere cellen, maar de nanodeeltjes introduceren ook een artefact waardoor de kleurstof lijkt te zijn verwijderd van het doel dat het verlicht.

Nutsvoorzieningen, een team van de Universiteit van Michigan heeft vastgesteld hoe de discrepantie tussen waar de fluorescerende kleurstof lijkt te zijn en waar de werkelijke positie zich bevindt, kan worden verklaard.

Als onderzoekers willen begrijpen hoe eiwitten met elkaar omgaan, hoe bacteriën functioneren of hoe cellen groeien en delen, ze gebruiken vaak fluorescerende kleurstoffen. Deze microscopische benadering kan verder worden verbeterd met nanodeeltjes. Maar door een artefact dat door de nanodeeltjes wordt geïntroduceerd, verschijnt de kleurstof in de microscoop tot 100 nanometer verwijderd van het eiwit of de bacterie waaraan het direct is gebonden.

Dit "scooching-effect" vormt een probleem:100 nanometer lijkt misschien een oneindig kleine meting, maar als een eiwit zelf maar een nanometer lang is, een onderzoeker kan misschien niet zien of een eiwit een interactie aangaat met een ander eiwit of er gewoon naar kijkt vanaf het equivalent van het andere uiteinde van een voetbalveld.

"De afgelopen vijf jaar wij en anderen hebben gemerkt dat de kleurstof, in plaats van in de positie te zijn die het onder de microscoop lijkt te zijn, feitelijk gescheiden is van die positie, " zei hoofdauteur Julie Biteen, een universitair hoofddocent bij de UM-afdeling Chemie. "De opwindende bevinding die we in dit artikel hebben gedaan, is om de afstand te meten tussen waar die kleurstof lijkt te zijn in afbeeldingen die zijn geproduceerd door onze hoge resolutie microscopen, en waar die kleurstof eigenlijk is."

De ontdekking van de chemici stelt hen in staat om precies te berekenen waar een kleurstof zich bevindt om de positie van het eiwit of de bacteriën die ze bestuderen nauwkeuriger te bepalen. Deze methode zou onderzoekers kunnen helpen beter te begrijpen hoe eiwitten interageren onder ziekteomstandigheden, bijvoorbeeld.

Om het artefact beter te kunnen meten, Bing Fu, die het onderzoek deed in het laboratorium van Biteen en nu een postdoctoraal onderzoeker is aan de Cornell University, gebruikte een enigszins onverwachte benadering:ze omringde gouden nanodeeltjes met DNA, en de kleurstof in het DNA ingebed. DNA heeft een zeer rigide structuur, Biteen zei, zodat de kleurstof zeker zou blijven zitten waar Fu hem had geplaatst. Goud is ook niet giftig voor gebruik in biologische toepassingen, en maakt een goede antenne, waardoor Biteen de fluorescentie van de kleurstof kan opfleuren.

Vervolgens, het team gebruikte een zeer krachtige microscooptechniek - "superresolutiemicroscopie" genaamd - om gevoelig en nauwkeurig te meten waar de kleurstof leek te zijn. Deze meting werd vergeleken met de werkelijke kleurstofpositie in de zorgvuldig gecontroleerde DNA-assemblage. Deze nieuwe meting van de discrepantie tussen schijnbare en werkelijke positie zal hen in staat stellen om de posities van eiwitten of bacteriën ten opzichte van elkaar in toekomstige projecten te observeren.

"Wat ik wil kunnen doen, is zelfs een enkel molecuul eiwit detecteren, zodat we kunnen zien of slechts één deel van een populatie anders is, ' zei Biteen. 'Medisch gezien, veel ziekten beginnen met een heel klein aantal cellen of eiwitten die fout gaan. Met deze hoge gevoeligheidstest, misschien kun je dit soort vroege detectie doen met een klein signaal."

Momenteel, Het laboratorium van Biteen gebruikt de verfijnde techniek om Vibrio cholerae-cellen te bestuderen die de ziekte cholera veroorzaken.

"We kijken naar de eiwitten die het choleratoxine produceren, bepalen hoe het choleratoxine wordt geproduceerd onder virulentieomstandigheden, en nadenken over mogelijke therapieën voor cholera, ' zei Biteen.

De studie verschijnt online in ACS Nano , een publicatie van de American Chemical Society.