Ralf Jungmann è interessato ai processi che avvengono all'interno di dimensioni spaziali incredibilmente piccole. Jungmann è titolare di una cattedra di fisica sperimentale presso la Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) di Monaco di Baviera, e dirige un gruppo di ricerca in imaging molecolare e bionanotecnologia presso il Max Planck Institute for Biochemistry (Martinsried), e si concentra sull'estensione delle capacità della microscopia ottica. Il suo obiettivo è visualizzare le interazioni molecolari che avvengono all'interno delle singole cellule. Al fine di monitorare le reti proteiche coinvolte in tali processi, usa brevi filamenti di DNA attaccati in modo covalente a vari marcatori di fluorescenza come sonde per localizzare proteine ​​bersaglio che portano tag di DNA complementari. Sfruttando la specificità della sequenza e la versatilità dell'ibridazione del DNA, è possibile visualizzare le distribuzioni di un gran numero di molecole in singole cellule a super-risoluzione. La combinazione di sequenze di DNA con diversi composti fluorescenti spiega perché la tecnica porta il nome DNA-PAINT.

Una delle principali restrizioni al potenziale della microscopia a fluorescenza a super risoluzione ha a che fare con i marcatori impiegati per rilevare bersagli di interesse biologico:sono semplicemente troppo grandi. "Stiamo lavorando con una risoluzione strumentale inferiore a 10 nanometri. Ma le etichette fluorescenti utilizzate convenzionalmente per etichettare le proteine ​​sono molto più grandi di così. E questo fattore ha ostacolato il progresso di questo intero campo di ricerca, " spiega Jungmann. Questo è ciò che ha motivato il lavoro descritto in un nuovo studio, che appare sul giornale Metodi della natura . In questo documento, Jungmann e i suoi colleghi esplorano l'uso dei cosiddetti SOMAmers, una classe speciale di aptameri del DNA, come mezzo per ridimensionare i marcatori utilizzati in DNA-PAINT. Il termine "aptamer" è stato originariamente coniato per riferirsi a molecole di RNA a filamento singolo che si ripiegano in forme tridimensionali definite e sono in grado di rilevare in modo specifico specie proteiche uniche. Gli aptameri di Jungmann sono molecole di DNA a singolo filamento, che si piegano in forme tridimensionali definite che possono legarsi direttamente a proteine ​​specificamente mirate.

"L'etichetta ideale utilizzata per etichettare le proteine ​​in modo efficiente e specifico deve soddisfare diversi criteri, "dice Sebastian Strauss, un membro del gruppo di Jungmann e primo autore del nuovo studio. "Dovrebbe essere il più piccolo possibile, e dovrebbe legarsi agli obiettivi stechiometricamente per consentire una quantificazione precisa. Inoltre, sarebbe ideale sintetizzare intere librerie di questi composti e identificare rapidamente marcatori adatti per le proteine ​​di interesse. Per valutare il potenziale degli aptameri del DNA, il team LMU ha collaborato con l'azienda americana SomaLogic, che aveva già progettato, per altri scopi, una vasta gamma di aptameri modificati (SOMAmers) che possono legare specificamente migliaia di proteine ​​diverse. Nel nuovo studio, i ricercatori di Monaco hanno modificato una selezione di questi aptameri per DNA-PAINT e hanno sviluppato protocolli di etichettatura efficienti per cellule fisse e vitali. L'attuale studio mostra che è effettivamente possibile migliorare la risoluzione ottenibile con le etichette a fluorescenza convenzionali utilizzando questi nuovi reagenti di etichettatura in combinazione con la microscopia a super-risoluzione DNA-PAINT.

"Ci aspettiamo che il nuovo metodo fornisca una spinta significativa alla microscopia a super risoluzione, in particolare per quanto riguarda il suo campo di applicazione in biologia, " afferma Ralf Jungmann. Il suo obiettivo è utilizzare DNA-PAINT per visualizzare e monitorare simultaneamente quante più proteine ​​e le loro interazioni possibili. In esperimenti futuri lui e i suoi colleghi hanno in programma di utilizzare il nuovo metodo di etichettatura per visualizzare intere reti proteiche ad alta risoluzione. "Saremo in grado di affrontare questioni biologiche e biomediche che finora sono state sperimentalmente inaccessibili".