Máte
nápad?

Pomôžeme vám!

Chcem pomoc

Chcem
mentora

Kliknite sem

Domov

Vitajte na informačnom portáli
o Európskom výskumnom priestore (ERA)

Photonics21: Nový mikroskop využíva fotoniku na získanie prehľadu o „superbugoch“

ERA Aktualita

Logo

Vedci zostavujú nový mikroskop s vysokým rozlíšením, ktorý využíva laserové svetlo na štúdium vnútorného fungovania a správania superbaktérií, aby získali nové poznatky o tom, ako spôsobujú choroby.

Mikroskop umožní vedcom nahliadnuť do baktérií, ako je Streptococcus Pneumoniae, s rozlíšením v molekulárnom meradle – ukáže objekty menšie ako 10 000 hrúbky listu papiera.

Odhaduje sa, že baktérie Streptococcus Pneumoniae, ktoré sú hlavnou príčinou bakteriálnej pneumónie, meningitídy a sepsy, spôsobili v roku 2015 na celom svete približne 335 000 úmrtí u detí vo veku päť rokov a menej.

Súčasné technológie neumožňujú rozlíšenie, ktoré by umožnilo dôkladné štúdium vlastností baktérií, ktoré ovplyvňujú vývoj ochorenia.

Teraz však tento mikroskop s vysokým rozlíšením využíva laserové svetlo na osvetlenie proteínov v neuveriteľne vysokom rozlíšení, čo vedcom umožňuje získať nové poznatky o tom, prečo sú tieto potenciálne smrteľné baktérie také patogénne.

Aj keď elektrónové mikroskopy dokážu ukázať drobné detaily na atómovej úrovni, nedokážu analyzovať živé vzorky: elektróny môžu byť ľahko vychýlené molekulami vo vzduchu, čo znamená, že všetky kontrolované baktérie musia byť držané vo vákuu. Mikroskopy s vysokým rozlíšením sú preto oveľa lepšie pre biologickú analýzu.

Projekt s názvom „Vizualizácia na úrovni NANO na pochopenie bakteriálnej virulencie a invazívnosti – založená na fluorescenčnej NANOskopii a VIBračnej mikroskopii“ (alebo skrátene „NanoVIB“) vrhne nové svetlo na to, ako môžu superbaktérie spôsobiť ochorenie, čím poskytne základ pre vývoj nových antimikrobiálnych látok na liečbu bakteriálnych infekcií.

V snahe pochopiť, ako baktérie spôsobujú choroby, Európska komisia udelila tomuto zdravotníckemu konzorciu 5 635 529 EUR prostredníctvom Photonics Public Private Partnership na vytvorenie tohto mikroskopu s vysokým rozlíšením.

Desaťnásobné rozlíšenie

Zatiaľ čo mikroskopy s vysokým rozlíšením už existujú, tím NanoVIB navrhuje vytvoriť nové zariadenie s bezkonkurenčným rozlíšením, ktoré je schopné odhaliť zložité, podrobné molekulárne mechanizmy, ktoré sú základom medzibunkových a vnútrobunkových procesov a chorôb.

Koordinátor projektu, profesor Jerker Widengren, uviedol: „Očakávame, že náš nový prototyp mikroskopu bude systémom s vysokým rozlíšením novej generácie, ktorý umožní zobraziť bunkové proteíny označené fluorescenčnými žiaričmi (fluorofórmi) s desaťnásobne vyšším rozlíšením ako pri akejkoľvek inej technike fluorescenčnej mikroskopie.“

S pomocou pokročilých laserových, detektorových a mikroskopických technológií, ktoré budú vyvinuté v rámci projektu, sa lokalizačné vzory špecifických proteínov v super rozlíšení prekryjú obrazmi rozptyľujúcimi svetlo, korelujúc tieto vzory s miestnymi štruktúrami a chemickými podmienkami v baktériách.

Pomocou laserového svetla tento nový mikroskop ukáže, ako sa bakteriálne proteíny lokalizujú na povrchu baktérií, čo vedcom umožní študovať interakciu patogénu s imunitnými a hostiteľskými bunkami.

Funguje na základe takzvaného konceptu MINFLUX, kde infračervené laserové svetlo triangulovaným spôsobom excituje molekuly označené fluorofórom – čo vedie k zvýšenému rozlíšeniu. Používateľ potom môže doladiť mikroskopické zobrazenie na dovtedy nepredstaviteľné rozlíšenia.

Ako uviedol Widengren: „Mikroskopia MINFLUX umožní vyriešiť, ako sú určité pneumokokové povrchové proteíny distribuované na baktériách v rôznych štádiách bunkového delenia a či sú tieto proteíny lokalizované takým spôsobom, že špecifické, extra citlivé povrchové oblasti baktérií, čo je kritický krok bunkového delenia, sú chránené pred aktiváciou imunity.“

Európsky výskumný ekosystém

Tím NanoVIB sa inšpiroval predchádzajúcim projektom Fluodiamon financovaným EÚ, ktorý analyzoval, ako sú špecifické proteíny priestorovo distribuované v bunkách rakoviny prsníka a prostaty v porovnaní s proteínmi v zodpovedajúcich nerakovinových bunkách, čo demonštruje nový základ pre diagnostiku rakoviny.

Cieľom projektu NanoVIB je získať informácie, ktoré nie sú v dosahu žiadnej inej mikroskopickej techniky alebo techniky založenej na fotonike. Projekt ukáže, ako možno vyriešiť vzory lokalizácie proteínov v bunkovej nanorozmere, čo nám pomôže odhaliť mechanizmy bakteriálnych chorôb a pravdepodobne bude mať značný význam pre mnohé ďalšie choroby.

Tieto štúdie by mohli vrhnúť nové svetlo na to, ako sú špecifické povrchové proteíny týchto baktérií priestorovo distribuované na bunkách, a poskytnúť dôležitý dôkaz, že virulencia (schopnosť vyvolať ochorenie) a invazívnosť týchto baktérií sú silne spojené s takýmito vzormi priestorovej distribúcie.

Projekt sa skončí v roku 2024 a zahŕňa šesť partnerov z troch krajín: Kungliga Tekniska Hoegskolan (KTH), koordinátor, Karolinska Institutet (Švédsko); Institut für Nanophotonik, Abberior Instruments GMBH, APE Angewandte Physik und Elektronik (Nemecko); a Pi Imaging Technology (Švajčiarsko).

Viac informácií:

NanoVIB

Zdroj: https://sciencebusiness.net; http://www.biomolphysics.kth.se, zverejnené: 25. 11. 2021, autor: rpa