सुपर-रेज़ोल्यूशन माइक्रोस्कोपी की सीमाओं को आगे बढ़ाना: स्व-संरेखित माइक्रोस्कोपी
नोबेल पुरस्कार विजेता सुपर-रिजॉल्यूशन माइक्रोस्कोप की सीमाओं से परे अल्ट्रा-प्रिसिजन माइक्रोस्कोपी से वैज्ञानिकों को व्यक्तिगत अणुओं के बीच की दूरी को सीधे मापने की सुविधा मिलेगी।
न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय के चिकित्सा शोधकर्ताओं ने अक्षुण्ण कोशिकाओं के भीतर व्यक्तिगत अणुओं के बीच अंतःक्रिया का पता लगाने के लिए एकल-अणु माइक्रोस्कोपी में अभूतपूर्व संकल्प हासिल किया है।
वर्ष 2014 का रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार सुपर-रिजोल्यूशन फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोपी प्रौद्योगिकी के विकास के लिए दिया गया था, जिसने माइक्रोस्कोपिस्टों को कोशिका के अंदर का पहला आणविक दृश्य प्रदान किया, यह एक ऐसी विशेषता है जो जटिल जैविक प्रणालियों और प्रक्रियाओं के नए आणविक दृश्य प्रदान करती है।
अब, एकल-अणु सूक्ष्मदर्शी की पता लगाने की सीमा को एक बार फिर बढ़ा दिया गया है, और साइंस एडवांसेज के नवीनतम अंक में इसका विवरण प्रकाशित किया गया है।
अति-उच्च-रिज़ॉल्यूशन सूक्ष्मदर्शी से व्यक्तिगत अणुओं का निरीक्षण करना और उन पर नज़र रखना संभव हो पाया है, लेकिन इन अणुओं के बीच होने वाली अंतःक्रियाएं ऐसे पैमाने पर होती हैं जो मौजूदा एकल-अणु सूक्ष्मदर्शी द्वारा हल किए गए पैमाने से कम से कम चार गुना छोटे होते हैं।
"एकल-अणु सूक्ष्मदर्शी में आमतौर पर 20 से 30 नैनोमीटर के आसपास स्थानीयकरण सटीकता होती है, जिसका कारण आमतौर पर यह है कि संकेतों का पता लगाने के दौरान सूक्ष्मदर्शी वास्तव में हिलता है। इससे अनिश्चितता पैदा होती है। मौजूदा सुपर-रिज़ॉल्यूशन उपकरणों का उपयोग करके, हम यह निर्धारित करने में विफल हो सकते हैं कि एक प्रोटीन दूसरे से बंधा है या नहीं, क्योंकि उनके बीच की दूरी उनकी स्थिति में अनिश्चितता से कम है।"
इस समस्या को हल करने के लिए, टीम ने एकल-अणु सूक्ष्मदर्शी के अंदर एक स्वचालित फीडबैक लूप बनाया, जो ऑप्टिकल पथ और दर्पण चरण का पता लगाता है और उन्हें पुनः संरेखित करता है।
"इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप इस माइक्रोस्कोप के साथ क्या करते हैं, यह मूल रूप से नैनोमीटर परिशुद्धता के साथ वापसी पथ का पता लगाता है। यह एक स्मार्ट माइक्रोस्कोप है। यह वह सब कुछ कर सकता है जो एक ऑपरेटर या सर्विस इंजीनियर को करने की आवश्यकता होती है और यह एक सेकंड में 12 बार ऐसा कर सकता है।" प्रो. गॉस ने कहा।
प्रोटीनों के बीच की दूरी मापना
इस पेपर में उल्लिखित डिजाइन और कार्यप्रणाली के साथ, UNSW टीम ने एक फीडबैक प्रणाली तैयार की है जो मौजूदा माइक्रोस्कोप के साथ संगत है और नमूना तैयार करने के लिए अधिकतम लचीलापन प्रदान करती है।
"यह एक बड़ी इमेजिंग समस्या का बहुत ही सरल और सुंदर समाधान है। हमने माइक्रोस्कोप के अंदर एक माइक्रोस्कोप बनाया और हमने बस मुख्य माइक्रोस्कोप को संरेखित किया। हमने जो समाधान पाया उसकी सरलता और व्यावहारिकता ही इसकी असली ताकत है। सिस्टम को क्लोन करना और नई तकनीकों को जल्दी से अपनाना आसान है।" प्रो. गॉस ने कहा।
अपने अति-सटीक फीडबैक एकल-अणु माइक्रोस्कोप की उपयोगिता को प्रदर्शित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने इसका उपयोग टी कोशिकाओं में सिग्नलिंग प्रोटीन के बीच प्रत्यक्ष दूरी माप करने के लिए किया। सेलुलर इम्यूनोलॉजी में एक आम धारणा यह है कि ये प्रतिरक्षा कोशिकाएँ तब निष्क्रिय रहती हैं जब टी-सेल रिसेप्टर किसी अन्य अणु के करीब होता है जो ब्रेक के रूप में कार्य करता है।
उनकी उच्च परिशुद्धता वाली माइक्रोस्कोपी यह दिखाने में सक्षम थी कि सक्रिय टी कोशिकाओं में दो सिग्नलिंग अणु वास्तव में एक दूसरे से दूर हो गए थे, जिससे ब्रेक हट गया और टी कोशिका रिसेप्टर सिग्नलिंग चालू हो गई।
प्रो. गॉस ने कहा, "परम्परागत माइक्रोस्कोपी तकनीक इतने छोटे परिवर्तन को सटीकता से मापने में सक्षम नहीं होगी, क्योंकि निष्क्रिय और सक्रिय टी कोशिकाओं में इन संकेतन अणुओं के बीच की दूरी केवल 4-7 नैनोमीटर से भिन्न होती है।"
"इससे यह भी पता चलता है कि ये सिग्नलिंग तंत्र स्थानिक अलगाव के प्रति कितने संवेदनशील हैं। ऐसी विनियामक प्रक्रियाओं की पहचान करने के लिए, हमें सटीक दूरी माप करने की आवश्यकता है, जो कि यह माइक्रोस्कोप सक्षम बनाता है। ये परिणाम दर्शाते हैं कि प्रौद्योगिकी की खोज की जा रही है और इसे किसी अन्य तरीके से निर्मित नहीं किया जा सकता है।"
