显微镜方法克服了分子快速协同追踪的传统分辨率限制

路德维希马克西米利安大学(LMU)的研究人员开发了一种创新方法，可以在分子尺度上同时跟踪多个分子的快速动态过程。

我们体内的过程以蛋白质和DNA等各种生物分子的相互作用为特征。这些过程发生的规模通常在几纳米范围内。因此，它们无法用荧光显微镜观察到，由于衍射，荧光显微镜的分辨率限制约为200纳米。

当标记生物分子位置的两种染料比该光学极限更近时，它们的荧光在显微镜下无法区分。由于这种荧光用于定位它们，因此不可能准确确定它们的位置。

传统上，超分辨率显微镜方法通过使染料闪烁并打开和关闭荧光来克服这种分辨率限制。这会暂时分离它们的荧光，使其可区分并实现低于经典分辨率极限的定位。

然而，对于涉及快速动态过程研究的应用来说，这种技巧有一个显着的缺点：闪烁会阻止多种染料的同时定位。在研究涉及多个生物分子的动态过程时，这会显着降低时间分辨率。

在慕尼黑大学化学家PhilipTinnefeld教授的领导下，并与FernandoStefani教授(布宜诺斯艾利斯)合作，慕尼黑大学的研究人员现已开发出pMINFLUX多重技术，这是解决这一问题的一种优雅方法。

MINFLUX是一种超分辨率显微镜方法，可实现一纳米精度的定位。与传统的MINFLUX相比，pMINFLUX以亚纳秒分辨率记录激光脉冲激发染料与随后发出荧光之间的时间差。

除了定位染料之外，这还提供了对其荧光的另一个基本特性的深入了解：它们的荧光寿命。这描述了染料分子被激发后平均需要多长时间才能发出荧光。

“荧光寿命取决于所使用的染料，”该出版物的共同第一作者FionaCole解释道。“当使用不同的染料时，我们利用了荧光寿命的差异，将荧光光子分配给发射的染料，而无需闪烁和由此产生的时间分离。”

为此，研究人员采用了定位算法，并采用了多指数拟合模型来实现所需的分离。

“这使我们能够同时确定多种染料的位置，并以纳米精度研究多个分子之间的快速动态过程，”共同第一作者JonasZähringer补充道。

研究人员通过准确跟踪两条DNA链在DNA折纸纳米结构上的不同位置之间跳跃、分离DNA折纸纳米结构的平移和旋转运动以及测量抗体抗原结合位点之间的距离来演示他们的方法。

“但这只是开始，”菲利普·廷内菲尔德说。“我确信pMINFLUX多重分析以其高时间和空间分辨率，将为未来蛋白质相互作用和其他生物现象提供新的见解。”