Eine gute Nachricht für Forscher, die mit hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie arbeiten: Erstmals können biokompatible molekulare Lineale zur Kalibrierung neuester hochauflösender Mikroskopiemethoden verwendet werden. Jüngste Fortschritte in der hochauflösenden Mikroskopie haben es ermöglicht, dass die optische Auflösung einige Nanometer erreicht, vergleichbar mit der Größe zellulärer Moleküle. Die Validierung dieser Auflösung an zellulären Komponenten wie Multiproteinkomplexen stellte jedoch eine Herausforderung dar, da es an biomolekularen Referenzsystemen mangelte, die eine präzise Farbstoffmarkierung im Nanomaßstab ermöglichen.
Ein Wissenschaftlerteam um Dr. Gerti Beliu und Professor Markus Sauer vom Rudolf-Virchow-Zentrum für Integratives und Translationales Bioimaging an der Julius-Maximilians-Universität (JMU) in Bayern hat nun für einen Wendepunkt gesorgt. Sie veröffentlichten in der Zeitschrift Advanced Materials neue biokompatible molekulare Lineale, PicoRulers (proteinbasierte optische Kalibrierungslineale für die Bildgebung).
Dem Forschungsteam gelang es, diese benutzerdefinierten molekularen Lineale mithilfe der Erweiterung des genetischen Codes und der Klick-Chemie erfolgreich zu erstellen. Sie können als präzise biomolekulare Referenzstrukturen in der Fluoreszenzmikroskopie eingesetzt werden.
PicoRulers basieren auf dem dreiteiligen Protein PCNA (proliferierendes Zellkernantigen), das eine zentrale Rolle bei der DNA-Replikation und -Reparatur spielt. Das Protein wurde durch die Einführung unnatürlicher Aminosäuren an präzise positionierten Positionen modifiziert, sodass fluoreszierende Farbstoffe oder andere Moleküle mit minimalen Verknüpfungsfehlern gezielt darauf klicken können.
Dadurch können Forscher die Auflösung neuester hochauflösender Mikroskopiemethoden an genau definierten zellulären Biomolekülen mit beispielloser Präzision testen.
Markus Sauer zeigte sich begeistert: „Die Fähigkeit, reale biologische Strukturen im Sub-10-Nanometer-Bereich aufzulösen, markiert eine neue Ära in der Bioimaging-Technologie. Im Vergleich zu bisher verwendeten künstlichen Makromolekülen sind unsere PicoRulers nicht nur biokompatibel. Sie erreichen auch eine beispiellose Testauflösungsgenauigkeit unter realen Bedingungen.“
„Der Anwendungsbereich dieser Technologie geht weit über die Grenzen der traditionellen Mikroskopie hinaus“, erklärt Gerti Beliu. „Unsere PicoRulers sind nicht nur ein Werkzeug für präzisere Messungen, sie öffnen auch die Tür zu einer tieferen und detaillierteren Untersuchung der komplexen Prozesse, die in Zellen ablaufen.“
Langfristig könnte die Weiterentwicklung von PicoRulers die biologische und medizinische Bildgebung mit molekularer Auflösung verändern. PicoRuler ermöglicht erstmals die Validierung und Verbesserung des Auflösungspotenzials neuer hochauflösender Mikroskopiemethoden an biologischen Proben. Dies macht sie zu wertvollen Werkzeugen für die zukünftige Aufklärung der molekularen Organisation und Interaktionen von Biomolekülen in Zellen.