(PhysOrg.com) -- I ricercatori stanno scoprendo che la capacità di vedere cose molto piccole -- oggetti 20, 000 volte più sottile di un capello umano:può aiutare a rispondere a grandi domande biologiche. Ecco perché Jennifer Ross, un fisico dell'Università del Massachusetts Amherst, sta costruendo un nuovo microscopio che raggiunge una super risoluzione, consentendo agli scienziati di vedere molecole 100 volte più piccole di quelle visibili utilizzando la tradizionale microscopia ottica.

I ricercatori stanno scoprendo che la capacità di vedere cose molto piccole, oggetti 20, 000 volte più sottile di un capello umano:può aiutare a rispondere a grandi domande biologiche. Ecco perché Jennifer Ross, un fisico dell'Università del Massachusetts Amherst, sta costruendo un nuovo microscopio che raggiunge una super risoluzione, consentendo agli scienziati di vedere molecole 100 volte più piccole di quelle visibili utilizzando la tradizionale microscopia ottica.

Ross è particolarmente interessato all'uso del microscopio per determinare come una proteina specializzata chiamata tubulina controlla la divisione cellulare. Lei e Patricia Wadsworth, un biologo di UMass Amherst, sono stati recentemente premiati con $ 684, 000 sovvenzione dal National Institutes of Health attraverso l'American Recovery and Reinvestment Act per sviluppare un microscopio che incorpora due tecniche di fluorescenza all'avanguardia che danno ai ricercatori la capacità di osservare e tracciare singole molecole proteiche. UMass Amherst è la seconda università del paese ad utilizzare uno di questi, chiamato microscopia a ricostruzione ottica stocastica (STORM).

Il nuovo microscopio, da realizzare entro il prossimo anno, consentirà una precisione molto maggiore nell'identificazione di oggetti, come alcune proteine ​​cellulari, consentendo agli scienziati di vederli individualmente e osservare il loro movimento in tempo reale. Ross dice che questo aiuterà praticamente tutte le discipline scientifiche a rispondere a importanti domande su come i neuroni comunicano tra loro nel cervello a quali sono le fonti di energia verde più efficienti.

Speciali tag fluorescenti utilizzati con il nuovo microscopio le consentiranno di vedere le singole molecole che controllano la divisione cellulare, lavorando in tempo reale, nelle cellule viventi. Vedere le singole tubuline nel loro ambiente normale dovrebbe darle una visione migliore di come i processi che controllano possono andare storto. Ciò potrebbe contribuire alla comprensione da parte dei ricercatori di come la crescita cellulare incontrollata può portare al cancro.

Fino ad ora, osservare le singole proteine ​​ha comportato l'isolamento di queste proteine ​​dalle cellule in cui operano. Ma osservare una singola molecola estratta dal suo ambiente naturale significa che le normali interazioni e comportamenti sono persi. “Non è così che è davvero la cellula, "dice Rossi.

La prima generazione di proteine ​​​​di fluorescenza (che recentemente ha fatto guadagnare agli scopritori un premio Nobel) ha aiutato a risolvere questo problema consentendo agli scienziati una certa capacità di osservare le proteine ​​marcate interagire in tempo reale all'interno delle cellule. Ma quando molte molecole sono marcate in modo fluorescente all'interno di una cellula, la quantità di luce che emettono impedisce agli osservatori di vedere cosa stanno facendo le singole proteine ​​perché tutte emettono fluorescenza contemporaneamente, creando un bagliore. Etichettare tutte le proteine ​​simili in una cellula produce un'immagine troppo sfocata per fornire dati utili.

La nuova tecnica di tagging utilizzata con il microscopio risolve questo problema aggiungendo un "interruttore della luce" che consente al ricercatore di controllare il marker fluorescente. Invece di essere costantemente acceso, i tag fluorescenti possono essere selezionati individualmente per accendersi utilizzando piccole quantità di luce viola, permettendo a ciascuna proteina di essere vista individualmente. Come spiega il fisico, quando viene utilizzata solo una piccola quantità di luce, agisce come una particella piuttosto che un'onda ed eccita solo una molecola marcata in modo fluorescente alla volta.

Ulteriore, la fluorescenza di queste proteine ​​dura solo pochi secondi e poi si oscura. Un altro piccolo set di proteine ​​può essere attivato con più luce viola. Usato in questo modo, il nuovo, microscopio più preciso può quindi creare una mappa delle singole proteine, che viene catturato da una fotocamera ad alta risoluzione.

Il nuovo microscopio risolve anche un altro importante problema associato alla prima generazione di microscopi ottici:le immagini sono così sfocate che le molecole spesso sembrano essere 50 volte le loro dimensioni reali. Ciò deriva dalla grande quantità di fluorescenza che ogni proteina etichettata emette:i ricercatori non possono distinguere tra l'oggetto reale e la macchia sfocata di luce che lo circonda. L'effetto sugli investigatori è come chiedere indicazioni per un particolare ufficio e sentirsi dire solo in quale edificio si trova, Ross spiega, senza una posizione esatta, la risposta non è utile.

Le nuove tecniche di fluorescenza sfruttano il fatto che la luce più brillante emessa dagli oggetti proverrà dai loro centri. Ross e colleghi hanno sviluppato una formula matematica che può adattarsi alla forma del modello di intensità della luce di una singola molecola. Ciò consente a un computer di individuare il centro della proteina entro 20 miliardesimi di metro anziché 200, facendo apparire l'oggetto molto più simile alle dimensioni reali.

Ross riassume che sia la microscopia fotoattivata e di localizzazione a fluorescenza (FPALM) che le tecniche STORM che lei e i suoi colleghi stanno perfezionando dovrebbero consentire agli scienziati di vedere le singole molecole eccitando i tag fluorescenti con una piccola quantità di luce. STORM utilizza coloranti leggermente diversi che possono essere "sintonizzati" per etichettare molecole specifiche. Etichettando diverse proteine ​​con tag fluorescenti diversi, gli scienziati possono anche osservare le dinamiche di più proteine ​​contemporaneamente, non possibile nella microscopia a fluorescenza di prima generazione.