Клеточные мембраны в сверхвысоком разрешении

Экспансионная микроскопия (ExM) позволяет визуализировать клетки и их компоненты с пространственным разрешением значительно ниже 200 нанометров. Для этого белки исследуемого образца сшиваются в набухающий полимер. После разрушения взаимодействий между молекулами образцы можно многократно расширить с помощью воды, что дает детальное представление об их структурах.

"Ранее этот метод был ограничен белками. В журнале Nature Communications мы представляем способ расширения липидов и, следовательно, клеточных мембран", — говорит профессор Маркус Зауэр, эксперт по микроскопии сверхвысокого разрешения из Биоцентра Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге. В публикации также участвуют профессора JMU Томас Рудель (микробиология) и Юрген Зайбель (химия).

Синтетические липиды маркируются и расширяются

Команда Юргена Зайбеля синтезировала функционализированные сфинголипиды — важный компонент клеточных мембран. При добавлении в клеточные культуры эти липиды встраиваются в клеточные мембраны. Затем их можно пометить красителем и расширить в 4–10 раз в набухающем полимере.

Исследователи JMU показывают, что этот метод в сочетании со структурированной микроскопией (SIM) впервые позволяет визуализировать различные мембраны и их взаимодействие с белками с разрешением 10–20 нанометров: клеточные мембраны, внешнюю и внутреннюю ядерные мембраны, а также мембраны внутриклеточных органелл, таких как митохондрии.

Фокус на бактериях и вирусах

Сфинголипиды также с высокой эффективностью встраиваются в мембраны бактерий. Это означает, что патогены, такие как Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis и Simkania negevensis, впервые могут быть визуализированы в инфицированных клетках с разрешением, ранее достижимым только с помощью электронной микроскопии. Даже внутренняя и внешняя мембраны грамотрицательных бактерий могут быть различимы.

"С помощью новых методов микроскопии сверхвысокого разрешения мы теперь хотим исследовать механизмы бактериальной инфекции и причины устойчивости к антибиотикам. Полученные знания могут быть использованы для улучшения терапий", — говорит профессор Томас Рудель, эксперт по бактериальным инфекциям.

Сфинголипиды также могут встраиваться в мембрану вирусов. В случае успеха взаимодействие коронавирусов с клетками впервые можно будет изучать с помощью высокоразрешающей световой микроскопии.