Los investigadores han desarrollado una nueva técnica mejorada de obtención de imágenes de ADN que puede sondear la estructura de hebras de ADN individuales a nanoescala. Dado que el ADN está en la raíz de muchos procesos de enfermedades, la técnica podría ayudar a los científicos a obtener importantes conocimientos sobre lo que sale mal cuando el ADN se conviertedañado o cuando otros procesos celulares afectan la expresión génica.
El nuevo método de imagen se basa en una técnica llamada microscopía de molécula única al agregar información sobre la orientación y el movimiento de los tintes fluorescentes unidos a la cadena de ADN.
WE Moerner, Universidad de Stanford, EE. UU., Es el fundador de la espectroscopía de molécula única, un método innovador de 1989 que permitió a los científicos visualizar moléculas individuales con microscopía óptica por primera vez. Del Premio Nobel 2014 para microscopía óptica más allá de la difracciónlimit Moerner, Hell & Betzig, Moerner y Betzig usaron moléculas individuales para obtener imágenes de una densa serie de moléculas en diferentes momentos.
En el diario de The Optical Society para investigación de alto impacto óptica , el equipo de investigación dirigido por Moerner describe su nueva técnica y la demuestra al obtener imágenes de súper resolución y mediciones de orientación para miles de moléculas de tinte fluorescente unidas a hebras de ADN.
"Puede pensar en estas nuevas medidas como pequeñas flechas de doble punta que muestran la orientación de las moléculas unidas a lo largo de la cadena de ADN", dijo Moerner. "Esta información de orientación informa sobre la estructura local de las bases de ADN porque restringenla molécula. Si no tuviéramos esta información de orientación, la imagen sería un punto ".
Agregar más información a nanoescala
Una cadena de ADN es una cadena muy larga pero estrecha, de unos pocos nanómetros de ancho. La microscopía de una sola molécula, junto con los tintes fluorescentes que se unen al ADN, se puede utilizar para visualizar mejor esta pequeña cadena. Hasta ahora, eradifícil de entender cómo se orientaron esos tintes e imposible saber si el colorante fluorescente estaba unido al ADN de forma rígida o algo suelta.
Adam S. Backer, primer autor del artículo, desarrolló una forma bastante simple de obtener orientación y dinámica de rotación de miles de moléculas individuales en paralelo ". Nuestra nueva técnica de imagen examina cómo cada molécula de tinte individual que etiqueta el ADN está alineada con relación ala estructura mucho más grande del ADN ", dijo Backer." También estamos midiendo cuán temblorosa es cada una de estas moléculas, lo que nos puede decir si esta molécula está atrapada en una alineación particular o si se desploma en el transcurso de nuestra secuencia de medición."
La nueva técnica ofrece información más detallada que los llamados métodos de "conjunto" de hoy, que promedian las orientaciones para un grupo de moléculas, y es mucho más rápido que las técnicas de microscopía confocal, que analizan una molécula a la vez. El nuevo métodoincluso se puede usar para moléculas que son relativamente tenues.
Debido a que la técnica proporciona información a nanoescala sobre el ADN en sí, podría ser útil para monitorear los cambios en la conformación del ADN o el daño a una región particular del ADN, que aparecería como cambios en la orientación de las moléculas de colorante. También podría usarsepara controlar las interacciones entre el ADN y las proteínas, que impulsan muchos procesos celulares.
30,000 orientaciones de molécula única
Los investigadores probaron la técnica mejorada de obtención de imágenes de ADN al usarla para analizar un colorante intercalante; un tipo de colorante fluorescente que se desliza en las áreas entre bases de ADN. En un experimento de obtención de imágenes típico, adquieren hasta 300,000 ubicaciones de moléculas individuales y 30,000-mediciones de orientación de la molécula en poco más de 13 minutos. El análisis mostró que las moléculas de colorante individuales estaban orientadas perpendicularmente al eje de la cadena de ADN y que mientras las moléculas tendían a orientarse en esta dirección perpendicular, también se movían dentro de un cono restringido.
Los investigadores luego realizaron un análisis similar utilizando un tipo diferente de tinte fluorescente que consta de dos partes: una parte que se adhiere al lado del ADN y una parte fluorescente que se conecta a través de una correa flexible. La técnica mejorada de imágenes de ADN detectadoesta distorsión, que muestra que el método podría ser útil para ayudar a los científicos a comprender, molécula por molécula, si diferentes etiquetas se adhieren al ADN de forma móvil o fija.
En el documento, los investigadores demostraron una resolución espacial de alrededor de 25 nanómetros y mediciones de orientación de una sola molécula con una precisión de alrededor de 5 grados. También midieron la dinámica rotacional, o distorsión, de moléculas individuales con una precisión de aproximadamente 20grados
Cómo funciona
Para adquirir información de orientación de una sola molécula, los investigadores utilizaron una técnica bien estudiada que agrega un elemento óptico llamado modulador electroóptico al microscopio de una sola molécula. Para cada marco de cámara, este dispositivo cambió la polarización de la luz láserSe utiliza para iluminar todos los tintes fluorescentes.
Dado que las moléculas de tinte fluorescente con orientaciones más estrechamente alineadas con la polarización de la luz láser aparecerán más brillantes, la medición del brillo de cada molécula en cada cuadro de la cámara permitió a los investigadores cuantificar la orientación y la dinámica rotacional molécula por molécula.el cambio entre brillante y oscuro en cuadros secuenciales estaba rígidamente restringido en una orientación particular, mientras que aquellos que parecían brillantes para cuadros secuenciales no mantenían rígidamente su orientación.
"Si alguien tiene un microscopio de una sola molécula, puede realizar nuestra técnica con bastante facilidad agregando el modulador electroóptico", dijo Backer. "Hemos utilizado herramientas bastante estándar de una manera ligeramente diferente y analizado los datos en unnueva forma de obtener información biológica y física adicional "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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