超分辨率熒光顯微鏡可用于可視化小于200納米(即低于光的衍射極限)的結(jié)構(gòu)。顯微鏡技術(shù)之一叫做DNA-PAINT，是由生物化學(xué)MPI研究組組長(zhǎng)，LMU實(shí)驗(yàn)物理教授Ralf Jungmann及其同事開(kāi)發(fā)的。該技術(shù)使用短的“成像器”，染料標(biāo)記的DNA鏈，它們以互補(bǔ)的方式暫時(shí)結(jié)合其靶分子，以產(chǎn)生必要的“閃爍”，以超分辨率地重建圖像。

Jungmann說(shuō)：“最近，我們通過(guò)優(yōu)化DNA序列設(shè)計(jì)，將DNA-PAINT的傳統(tǒng)上較慢的采集速度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。”“然而，這是以失去多路復(fù)用為代價(jià)的，這意味著無(wú)法同時(shí)觀察到細(xì)胞中的幾種結(jié)構(gòu)，” Jungmann補(bǔ)充說(shuō)。然而，同時(shí)觀察幾種蛋白質(zhì)對(duì)于更好地理解腫瘤與正常細(xì)胞之間的復(fù)雜信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)非常重要。

在速度優(yōu)化的DNA-PAINT中無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種多路復(fù)用功能，因?yàn)橹挥袉我坏膬?yōu)化序列具有改進(jìn)的雜交特性。該論文的第一作者，Jungmann研究小組的同事塞巴斯蒂安·斯特勞斯(Sebastian Strauss)說(shuō)：“我們問(wèn)自己如何允許多重成像，同時(shí)又進(jìn)一步提高了圖像采集速度。”

在當(dāng)前的研究中，研究人員提出了一種成功提高成像速度的新穎概念。他們利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即成像器與其靶鏈的結(jié)合頻率與可用結(jié)合位點(diǎn)的數(shù)量成線性比例。Strauss說(shuō)：“結(jié)合位點(diǎn)越多，圖像獲取的速度就越快。但是，簡(jiǎn)單地串聯(lián)結(jié)合位點(diǎn)將導(dǎo)致不希望的長(zhǎng)對(duì)接序列，從而可能降低可實(shí)現(xiàn)的圖像分辨率并增加非特異性結(jié)合。”為了規(guī)避這些問(wèn)題，研究人員設(shè)計(jì)了重復(fù)序列基序，例如(TCC)n，可以將其連接起來(lái)以提供重疊的結(jié)合位點(diǎn)，但鏈長(zhǎng)僅略微增加。“我們?cè)O(shè)計(jì)了六個(gè)獨(dú)立的周期性序列主題，

為了優(yōu)化新的序列基序并確定其改進(jìn)基準(zhǔn)，該小組使用了DNA折紙結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)是自組裝的納米尺寸DNA對(duì)象，可以自動(dòng)折疊成預(yù)定的形狀。這些結(jié)構(gòu)可用于排列DNA-PAINT結(jié)合位點(diǎn)，該位點(diǎn)精確間隔開(kāi)，例如5 nm。這使研究人員能夠在確定的條件下評(píng)估DNA-PAINT的改進(jìn)。“新的優(yōu)化的DNA序列使我們能夠在短短幾分鐘內(nèi)解析出六個(gè)不同的DNA折紙結(jié)構(gòu)，而不僅僅是一個(gè)。” Strauss解釋說(shuō)。

“我們很高興在DNA-PAINT中應(yīng)用現(xiàn)在進(jìn)一步提高的成像速度來(lái)解決生物學(xué)問(wèn)題。例如，以前只能緩慢地檢查腫瘤標(biāo)志物，而不能在單分子水平上清楚地檢查。在我們的研究中，對(duì)四個(gè)不同的腫瘤標(biāo)志物證實(shí)了它們分子位置和相互作用的快速，準(zhǔn)確分析。這可能為藥物開(kāi)發(fā)及其作用機(jī)理提供重要見(jiàn)解。”