Teknik pencitraan baru membantu menyelesaikan nanodomain, komposisi kimia dalam membran sel – Sains Terkini

Bagi mereka yang tidak terlibat dalam kimia atau biologi, membayangkan sebuah sel kemungkinan besar mengingatkan beberapa objek diskrit berbentuk gumpalan; mungkin nukleus, mitokondria, ribosom, dan sejenisnya.

Ada satu bagian yang sering terabaikan, mungkin simpan garis berlekuk-lekuk yang menunjukkan batas sel: membran. Namun perannya sebagai penjaga gerbang sangat penting, dan teknik pencitraan baru yang dikembangkan di Sekolah Teknik McKelvey di Universitas Washington di St. Louis memberikan cara untuk melihat, bukan melalui, selubung pelindung yang transparan, berlemak, dan berlemak.

Teknik baru, yang dikembangkan di lab Matthew Lew, asisten profesor di Preston M.Green Department of Electrical and Systems Engineering, memungkinkan peneliti untuk membedakan koleksi molekul lipid dari fase yang sama – koleksinya disebut nanodomains – dan untuk tentukan komposisi kimia dalam domain tersebut.

Rincian teknik ini – mikroskop lokalisasi orientasi molekul tunggal, atau SMOLM – dipublikasikan secara online 21 Agustus di Angewandte Chemie, jurnal dari German Chemical Society.

Editor di jurnal – yang terkemuka di bidang kimia umum – memilih makalah Lew sebagai "Hot Paper" pada topik makalah skala nano. Hot Papers dibedakan berdasarkan kepentingannya dalam bidang minat tinggi yang berkembang pesat.

Menggunakan teknologi pencitraan tradisional, sulit untuk membedakan apa yang "di dalam" versus "di luar" objek transparan dan licin seperti membran sel, kata Lew, terutama tanpa menghancurkannya.


"Kami menginginkan cara untuk melihat ke dalam membran tanpa metode tradisional" – seperti memasukkan pelacak fluoresen dan melihatnya bergerak melalui membran atau menggunakan spektrometri massa – "yang akan menghancurkannya," kata Lew.

Untuk menyelidiki membran tanpa merusaknya, Jin Lu, seorang peneliti postdoctoral di lab Lew, juga menggunakan probe fluorescent. Alih-alih harus menelusuri jalur melalui membran, namun, teknik baru ini menggunakan cahaya yang dipancarkan oleh probe fluoresen untuk "melihat" secara langsung di mana probe berada dan di mana ia "diarahkan" di membran. Orientasi probe mengungkapkan informasi tentang fase membran dan komposisi kimianya.

"Di dalam membran sel, ada banyak molekul lipid yang berbeda," kata Lu. "Beberapa bentuk cair, beberapa bentuk lebih padat atau fase gel."

Molekul dalam fase padat bersifat kaku dan pergerakannya dibatasi. Dengan kata lain, mereka tertata. Namun, jika berada dalam fase cair, mereka memiliki lebih banyak kebebasan untuk berputar; mereka berada dalam fase tidak teratur.

Menggunakan model lipid bilayer untuk meniru membran sel, Lu menambahkan larutan probe fluoresen, seperti merah Nil, dan menggunakan mikroskop untuk melihat probe menempel sebentar ke membran.

Pergerakan probe saat menempel pada membran ditentukan oleh lingkungannya. Jika molekul di sekitarnya berada dalam fase tidak teratur, probe memiliki ruang untuk bergerak. Jika molekul di sekitarnya berada dalam fase teratur, probe, seperti molekul di dekatnya, ditetapkan.

Ketika cahaya menyinari sistem, probe melepaskan foton. Metode pencitraan yang sebelumnya dikembangkan di lab Lew kemudian menganalisis cahaya tersebut untuk menentukan orientasi molekul dan apakah benda itu tetap atau berputar.

"Sistem pencitraan kami menangkap cahaya yang dipancarkan dari molekul fluoresen tunggal dan membelokkan cahaya tersebut untuk menghasilkan pola khusus pada kamera," kata Lu.

"Berdasarkan gambar, kami mengetahui orientasi probe dan kami tahu apakah itu berputar atau tetap," dan oleh karena itu, apakah itu tertanam dalam nanodomain yang dipesan atau tidak.

Mengulangi proses ini ratusan ribu kali memberikan informasi yang cukup untuk membangun peta yang rinci, menunjukkan nanodomain teratur yang dikelilingi oleh lautan daerah cairan membran yang tidak teratur.


Probe fluorescent yang digunakan Lu, Nile red, juga mampu membedakan antara turunan lipid dalam nanodomain yang sama. Dalam konteks ini, probe fluoresen yang mereka pilih dapat mengetahui apakah molekul lipid dihidrolisis atau tidak ketika ada enzim tertentu.

"Lipid ini, bernama sphingomyelin, adalah salah satu komponen penting yang terlibat dalam pembentukan nanodomain di membran sel. Enzim dapat mengubah molekul sphingomyelin menjadi ceramide," kata Lu. "Kami percaya konversi ini mengubah cara molekul probe berputar di membran. Metode pencitraan kami dapat membedakan keduanya, bahkan jika mereka berada di nanodomain yang sama."

Resolusi ini, sebuah molekul tunggal dalam model lipid bilayer, tidak dapat dicapai dengan teknik pencitraan konvensional.

Teknik SMOLM baru ini dapat menyelesaikan interaksi antara berbagai molekul lipid, enzim, dan probe fluoresen dengan detail yang belum pernah dicapai sebelumnya. Ini penting, terutama di bidang kimia materi lunak.

"Pada skala ini, di mana molekul terus bergerak, semuanya diatur sendiri," kata Lew. Ini tidak seperti elektronik solid-state di mana setiap komponen dihubungkan secara spesifik dan yang penting statis.

"Setiap molekul merasakan kekuatan dari orang-orang yang mengelilinginya; itulah yang menentukan bagaimana molekul tertentu akan bergerak dan menjalankan fungsinya."

Molekul individu dapat mengatur ke dalam nanodomain ini yang, secara kolektif, dapat menghambat atau mendorong hal-hal tertentu – seperti membiarkan sesuatu memasuki sel atau menyimpannya di luar.

"Ini adalah proses yang sangat sulit untuk diamati secara langsung," kata Lew. "Sekarang, yang Anda butuhkan hanyalah sebuah molekul fluoresen. Karena ia tertanam, pergerakannya sendiri memberi tahu kita sesuatu tentang apa yang ada di sekitarnya."

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.