Новый метод для изучения сложной динамики на уровне одной молекулы

Исследователи из Уппсальского университета под руководством профессора Себастьяна Дайндла разработали новый метод MUSCLE (MUltiplexed Single-molecule Characterization at the Library scalE), который значительно расширяет возможности наблюдения и анализа сложных биологических процессов на уровне одной молекулы. Работа опубликована в журнале Science.

Решение проблемы низкой пропускной способности

До сих пор методы одно-молекулярной флуоресцентной микроскопии были ограничены низкой пропускной способностью, так как требовали анализа образцов по одному. Это позволяло изучать лишь небольшое количество репрезентативных образцов, что могло приводить к смещениям и упущению важных данных в больших библиотеках молекул.

Как работает MUSCLE

Метод MUSCLE объединяет механистические данные одно-молекулярной микроскопии с высокой пропускной способностью секвенирования нового поколения (NGS):

1. Библиотека флуоресцентно меченых молекул наносится на поверхность проточной ячейки Illumina MiSeq.
2. Ячейка помещается на одно-молекулярный флуоресцентный микроскоп с помощью 3D-печатного адаптера, что позволяет наблюдать динамику отдельных молекул в реальном времени.
3. После визуализации проводится стандартное секвенирование Illumina, которое генерирует кластеры идентичных копий из ранее наблюдаемых молекул.
4. Кластеры сопоставляются с соответствующими молекулами на основе их позиции на ячейке.

«Пространственная регистрация данных одно-молекулярной визуализации и секвенирования Illumina оказалась чрезвычайно сложной задачей, но теперь она решена», — отмечает соавтор исследования доктор Антон Сабанцев.

Значение и перспективы

Метод позволяет одновременно профилировать динамику огромного массива образцов, открывая доступ к изучению сложной молекулярной динамики в зависимости от последовательности или химического пространства.

«С помощью нашей новой техники мы можем расширить одно-молекулярную биофизику до масштабов генома. Это значительно углубит наше понимание того, как белки, взаимодействующие с нуклеиновыми кислотами, функционируют в здоровье и при заболеваниях», — говорит профессор Дайндл.

Метод уже был применён для изучения динамики ДНК-шпилек и раскручивания/перекручивания ДНК, индуцированного белком Cas9. Результаты выявили неожиданное поведение некоторых целевых последовательностей.

Благодаря использованию широкодоступного оборудования (флуоресцентные микроскопы, MiSeq) и простого в изготовлении 3D-печатного адаптера, метод MUSCLE является высокодоступным для научного сообщества. Его можно адаптировать для изучения широкого спектра белков, взаимодействующих с нуклеиновыми кислотами, а также ДНК-штрихкодированных белков, соединений или лигандов.