Les méthodes de microscopie à super-résolution sont essentielles pour découvrir les structures des cellules et la dynamique des molécules. Depuis que les chercheurs ont dépassé la limite de résolution d’environ 250 nanomètres (tout en remportant le prix Nobel de chimie 2014 pour leurs efforts), longtemps considérée comme absolue, les méthodes de microscopie ont rapidement progressé.
Aujourd’hui, une équipe dirigée par le chimiste du LMU, le professeur Philip Tinnefeld, a réalisé une nouvelle avancée grâce à la combinaison de diverses méthodes, atteignant la résolution la plus élevée dans l’espace tridimensionnel et ouvrant la voie à une approche fondamentalement nouvelle pour une imagerie plus rapide des structures moléculaires denses. La nouvelle méthode permet une résolution axiale inférieure à 0,3 nanomètre.
Les chercheurs ont combiné la méthode dite pMINFLUX développée par l’équipe de Tinnefeld avec une approche qui utilise les propriétés spéciales du graphène comme accepteur d’énergie. pMINFLUX est basé sur la mesure de l’intensité de fluorescence de molécules excitées par des impulsions laser. La méthode permet de distinguer leurs distances latérales avec une résolution de seulement 1 nanomètre.
Le graphène absorbe l’énergie d’une molécule fluorescente qui n’est pas à plus de 40 nanomètres de sa surface. L’intensité de fluorescence de la molécule dépend donc de sa distance au graphène et peut être utilisée pour la mesure de distance axiale.
DNA-PAINT augmente la vitesse
Par conséquent, la combinaison de pMINFLUX avec ce que l’on appelle le transfert d’énergie du graphène (GET) fournit des informations sur les distances moléculaires dans les trois dimensions, et ce, dans la résolution la plus élevée possible à ce jour, inférieure à 0,3 nanomètre. « La haute précision de GET-pMINFLUX ouvre la porte à de nouvelles approches pour améliorer la microscopie à super-résolution », déclare Jonas Zähringer, auteur principal de l’article.
Les chercheurs l’ont également utilisé pour augmenter encore la vitesse de la microscopie à super résolution. À cette fin, ils se sont appuyés sur la nanotechnologie de l’ADN pour développer l’approche dite L-PAINT. Contrairement à DNA-PAINT, une technique qui permet une super-résolution par la liaison et la dissociation d’un brin d’ADN marqué avec un colorant fluorescent, le brin d’ADN dans L-PAINT a deux séquences de liaison.
De plus, les chercheurs ont conçu une hiérarchie de liaison, de sorte que le brin d’ADN L-PAINT se lie plus longtemps d’un côté. Cela permet à l’autre extrémité du brin de balayer localement les positions des molécules à un rythme rapide.
« En plus d’augmenter la vitesse, cela permet de numériser des amas denses plus rapidement que les distorsions résultant de la dérive thermique », explique Tinnefeld. « Notre combinaison de GET-pMINFLUX et L-PAINT nous permet d’étudier les structures et la dynamique au niveau moléculaire qui sont fondamentales pour notre compréhension des réactions biomoléculaires dans les cellules. »
Les résultats sont publiés dans la revue Lumière : science et applications.
Plus d’information:
Jonas Zähringer et al, Combinant pMINFLUX, le transfert d’énergie du graphène et DNA-PAINT pour une microscopie à super-résolution 3D précise au nanomètre, Lumière : science et applications (2023). DOI : 10.1038/s41377-023-01111-8