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显微镜检查

显微镜检查

光学微镜揭示细胞膜的秘密

2018年11月13日 疯狂城市实验室
Janice Robertson和她在圣路易斯华盛顿大学的研究小组
Janice L Robertson与Rahul Chadda(中),Kacey Mersch(右)和团队的TIRF显微镜

在过去的一百年里,人们对脂质双层(一种巧妙的两分子厚的油性屏障,能保护包括我们自己在内的所有活细胞)的理解取得了巨大进步。但是仍然有难题需要解决。特别是,生物学家渴望发现更多有关脂质双层中存在的神秘蛋白质的信息。这些氨基酸链组装成折叠的结构,这些结构改变了细胞膜的行为-例如,允许盐和糖选择性地进入微生物或从微生物中传出。

实际上,细胞膜是多种生命所必需的蛋白质的所在地,包括通道,转运蛋白,泵和受体。这些形式是相对众所周知的,但尚不清楚这些本身是油性的膜蛋白如何引导油性脂质双层继续其工作。

科学家的第一步是弄清楚控制膜中蛋白质组装的热力学规则。诸如Janice Robertson和她的团队等研究小组的前身是 爱荷华大学 现在在 圣路易斯华盛顿大学,他们正在使用最先进的显微镜工具提出答案。 “我研究的主要目的是回答这个问题:为什么油腻的膜蛋白选择与其他油脂蛋白相互作用,而不是周围细胞膜中的油脂?”她解释。

光学解决生物问题的方法

查看脂质双层内部最有用的技术之一是全内反射荧光显微镜(TIRF)。这些系统中的光学装置会在位于物镜上方的载玻片表面上方产生分子的局部照明。研究人员可以使用荧光团(当被光激发时会发出荧光的化学物质)作为标记物,从而研究脂质双层中分子的种群如何响应不同条件而发生变化。

可以使用许多不同的显微镜配置,但是Robertson的设置的特殊之处在于使用微镜将入射的激光引导到显微镜物镜中。调整入射角,使光束在样品界面处内部反射,将sending逝波发送到样品中,并在几百纳米的距离内衰减。这样产生的激发体积很窄,非常适合观察单个分子。

购买显微镜可节省大量时间,这意味着我们可以从系统中设计的所有工程设计和稳定性中受益

Janice Robertson,圣路易斯华盛顿大学

与更常见的多波长二向色滤光片相比,微镜的使用改善了TIRF显微镜可实现的信噪比。在显微镜物镜下方放置了两个微镜,一个将激光射入透镜,另一个将辐射引导出去,在样品台周围留出足够的空间,这对于放置其他设备(例如微量移液器或其他光学检测器)很有用。而且,这些反射镜在光学上与一系列不同的激光波长兼容,这意味着Robertson和她的团队可以使用不同颜色的光来选择性地激发样品中的一系列荧光团,而无需交换光路中的成分。

罗伯逊说:“当我进行博士后培训并与布兰代斯大学生物化学系的吉尔实验室的研究人员合作时,我首先了解了这种显微镜。” “他们建立了自己的显微镜-基于物镜的TIRF,它使用微镜而不是二向色镜来引导激发光束。”这种设置使科学家能够从样品中收集强信号,同时降低背景噪声。

灵活性收益研究

当罗伯逊(Robertson)能够在爱荷华大学建立自己的实验室时,她确切地知道她对TIRF显微镜的要求,并寻找可以提供基于微镜系统的供应商。她说:“ ​​Mad City Labs MicroMirror TIRF显微镜的最大优势在于,它使您可以拥有自制系统的优势和灵活性。”

原则上,她的小组也可以从头开始组装显微镜,但是研究人员希望尽快起床并运行,以便他们继续进行实验。 Robertson指出:“购买显微镜可节省大量时间,这意味着我们可以从系统中设计的所有工程设计和稳定性中受益。”

在爱荷华州呆了五年后,罗伯逊有机会再次扩大她的研究-这次搬到圣路易斯的华盛顿大学。这意味着要分解显微镜,并在其小组的新实验室中重新组装它,但这也给团队提供了进一步更新仪器的机会。

最新设置采用了Mad City Labs最新的MicroMirror TIRF显微镜设计。更新的设计使系统更加灵活,并且借助自动模块,使用户可以在不同的照明模式(包括TIRF)之间轻松切换。罗伯逊评论说:“具有多功能性,可以在相同样品中研究全细胞或脂质体荧光以及单膜蛋白分子之间切换,这真的很有用。”

分子相互作用进入了视野

该小组一直在使用该系统研究膜蛋白的反应,以揭示使这些分子在脂质双层中自我组装,折叠并彼此结合的原因。 Robertson解释说,在水中,蛋白质的折叠和组装是由蛋白质(油性)和溶剂(水)之间的强烈差异驱动的,但是在脂质双层中并不存在这些条件,但是蛋白质的折叠和组装仍然存在。

为了研究这个问题,罗伯逊实验室正在研究膜内蛋白质的平衡缔合反应。通过查看由MicroMirror TIRF显微镜产生的数据中蛋白质组装的概率分布,该小组已经能够追踪转运蛋白的数量,因为它们在膜层内部达到平衡。罗伯逊说:“我们可以对进入脂质体的蛋白质进行全面核算,这使我们更进一步了解结合过程和组装的热力学驱动力。”

收集的数据还可以包括电影。该团队的新设置包括两个摄像头-一个用于捕获常规显微照片的电荷耦合设备和一个提供增强的时间分辨率的CMOS摄像头-这是一个强大的组合。 Robertson解释说:“可以观察玻璃上的脂质双层,观察脂质和不同膜蛋白成分的单分子扩散情况,使我们有可能实时可视化这些反应。”

Robertson还重视社区提供的支持。她说:“这是一个非常开放的领域,人们愿意互相帮助,这对像我这样的生物学家有所帮助。”

访问Mad City Labs网站以获取有关其的更多信息 MicroMirror TIRF显微镜.

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