تصویربرداری سه‌بعدی با دقت یک نانومتر از DNA

 زندگی بدون داشتن درک صحیح از برهم‌کنش‌های میکروسکوپی بین مولکول‌ها در سلول و اطراف آن غیرممکن است. میکروسکوپ‌ها در این زمینه، ابزاری ارزشمند برای محققان هستند و بسیاری از انواع مختلف میکروسکوپ‌ها و روش‌های میکروسکوپی در این باره وجود دارند.

به‌طور خاص، در زیست‌شناسی و پزشکی محققان به دنبال روش‌های میکروسکوپی برای کسب اطلاعات سه‌بعدی در مورد چیدمان و جهت‌گیری مولکول‌های منفرد در سلول در مقیاس نانومتری هستند. یک روش قابل قبول برای دستیابی به این هدف، توموگرافی الکترونی کرایوژنتیک است. با این حال، این روش نمی‌تواند برای مشاهده فضای داخلی سلول‌ها استفاده شود و فقط به برش‌های نازک روی سلول‌ها محدود است؛ بنابراین به‌طور مستقیم نمی‌توان مولکول‌های دست‌نخورده را در سلول مشاهده کرد.

برای به‌دست آوردن اندازه‌ها در سلول، می‌توان از نور مرئی در میکروسکوپ فلورسانس استفاده کرد. اما برای ایجاد تصویر سه‌بعدی نیاز به توسعه فناوری تصویربرداری است. از این رو محققان دانشگاه ناگویا و دانشگاه کیوتو روش میکروسکوپی فلورسانس کرایو را توسعه دادند تا منبع خطای اطلاعاتی را در نمونه‌ها به‌دست آورند. آن‌ها روی مولکول‌های DNA با طول ۱۰ نانومتر با فلوروفور‌های مختلف در انتهای هر یک از آن‌ها کار کردند.

در ابتدا پس از به‌دست آوردن تصاویر از هر دو فلوروفور و تعیین فاصله میان آن‌ها و مشخص کردن طول رشته‌ها، آن‌ها خطای زیادی را در کار مشاهده کردند. این خطا ناشی از جهت‌گیری فلوروفور در فضای سه‌بعدی است که به آن اثر جهت‌گیری دو قطبی گفته می‌شود.

این جایی است که اندازه‌گیری در شرایط کرایوژنیک پا به میان می‌گذارد. این مولکول‌ها در این روش منجمد شده و امکان اندازه‌گیری سه‌بعدی با دقت بالا را فراهم می‌کند. دقتی (تکرارپذیری) که فلوروفور‌ها در این روش داشتند یک نانومتر در صفحه مشاهده ۱۱ نانومتری در جهت z بود که این دقت برای روش‌های میکروسکوپی یک رکورد به حساب می‌آید.

محققان با این روش موفق شدند تا فلوروفور‌ها را روی مولکول‌های DNA با دقت نانومتری مشخصه‌یابی کنند.