Bioscope catalizador de Imágenes de Alta Resolución de AFM de Biomoléculas

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Tabla de contenidos

Introducción

El catalizador Bioscope junto con microscopía óptica proporciona a los investigadores de las ciencias biológicas la oportunidad de estudiar las especies biológicas en una amplia gama de escalas de tamaño. El catalizador Bioscope tiene la ingeniería avanzada y la estabilidad mecánica, por lo tanto, de alta resolución de imágenes tridimensionales de biomoléculas simples y complejas estructuras biomoleculares se puede obtener. Las imágenes realizadas con el catalizador Bioscope proporciona datos a nivel de células individuales de la caracterización en los ácidos nucleicos y las proteínas y las membranas, etc

Microscopía de Fuerza Atómica

La Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) técnica proporciona imágenes de alta resolución con una resolución nanométrica de una estructura de tres dimensiones sin manchas o revestimiento de la muestra. Por lo tanto, AFM resultados sobre muchas otras técnicas, al permitir estudios de biomoléculas y los parámetros de los procesos biológicos en el lugar de proceso en sí mismo y tomar las lecturas en tiempo real. El catalizador Bioscope AFM se puede utilizar con las técnicas de microscopía de luz para proporcionar una navegación guiada óptico de la sonda y la creación de imágenes clara correlación entre el AFM y los datos de imagen óptico. Las células vivas se estudiaron mediante el catalizador Bioscope junto con el más grande de circuito cerrado, XY rango de exploración, los resultados fueron muy precisos. Los resultados se ilustran en la Figura 1.

(A)

(B)

Figura 1. (A) superposición de imágenes de registro de un láser de dos canales confocal de barrido de imágenes de microscopía de fluorescencia y la imagen de AFM topografía de células de fibroblastos marcados con Alexa 546 Fluo faloidina (rojo) y DAPI (azul). El software Catalyst Bioscope MIRO permite el registro de un campo de vista óptico a la zona de AFM de exploración. Imágenes ópticas se pueden utilizar para navegar por la sonda de AFM de una región de interés para llevar a cabo AFM de alta resolución de imagen y / o las medidas de fuerza de alta sensibilidad. (B) Región de interés obtenidos a partir de la superposición de imágenes que muestran correlación AFM y canales de fluorescencia de datos. Confocal de fluorescencia imágenes fueron obtenidas con un sistema confocal Leica SP5 y con un objetivo de inmersión 40x. Imágenes de AFM se obtuvieron con un catalizador Bioscope operado en modo de contacto en solución tampón con MLCT sondas de AFM (k ~ 0,01 N / m).

La estabilidad mecánica avanzada y la ingeniería del catalizador Bioscope lo hace adecuado para estudiar las especies biomolecular también. Que proporciona resultados consistentes incluso cuando se utiliza con un microscopio óptico invertido, como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Una imagen Fase 1IM de un alcano C60H122. El C60H122 es spincast sobre un sustrato de HOPG con la capa de alcano resultante ultra-delgada que presentan una estructura laminar ~ 7.5nm de ancho y ~ 0.4nm de altura. Las imágenes fueron adquiridas en un catalizador Bioscope AFM operado en el modo de tocar con FESP sondas de AFM (k ~ 3N / m).

Los ácidos nucleicos

El estudio de la estructura y la naturaleza del ácido desoxirribonucleico (ADN) es vital para entender el código genético almacenado que es extremadamente útil para la investigación de enfermedades genéticas relacionadas. AFM basado en imágenes es capaz de proporcionar datos intermolecular interacción del ADN en tiempo real mediante la creación de un entorno fisiológico cerca. Para la proyección de imagen, las cadenas de ADN negativos son absorbidos por la superficie de mica recién cortada que puede ser cobrado por cationes bivalentes (Ni ^{+ +} o Mg ^{+ +)} o químicamente alterado por silano con carga positiva (APS-mica). Las imágenes AFM de las moléculas de ADN se muestran en la Figura 3. La celda de flujo de volumen pequeño del catalizador Bioscope ofrece un contexto propicio para la observación de las moléculas que sólo necesitan pequeñas cantidades de muestra y puertos de entrada y salida de facilitar el intercambio fluido de fácil. La fuerza máxima Tapping técnica junto con ScanAsyst ha mejorado la calidad de imagen y proporciona resultados consistentes con el catalizador. La Figura 3 muestra los datos obtenidos mediante el método PF tocar en el catalizador Bioscope .

Figura 3. Imagen tridimensional de la topografía de ADN plásmido pUC adsorbidos sobre un sustrato de mica. Las cadenas de ADN individuales son claramente visibles en el contexto de mica. Las imágenes fueron adquiridas en un catalizador Bioscope AFM operaba en PeakForce Tapping en la solución tampón con fluidos ScanAsyst ⁺ sondas de AFM (k ~ 0.7N / m). Imagen XY = 2IM escala.

Proteínas

Las moléculas de proteínas son importantes para la regulación de los procesos biológicos, la observación directa de lo que arroja luz sobre la relación entre la estructura y función de las biomoléculas. Los virus esencialmente existen dentro de una cubierta de proteína llamada cápside, esto cubre el ADN viral. Una vez que el anfitrión se encuentra el ADN del virus es liberado y se multiplica a propagar la infección. Los virus se clasifican en función de la estructura de la cápside que puede ser estudiado en detalle a través de AFM de imágenes. La figura 4B muestra la estructura del virus del herpes simple obtenida por AFM de imágenes hecho con el catalizador Bioscope .

Figura 4. (A) micrografía electrónica de transmisión de un virus del herpes simple cápside. Imagen cortesía de Wouter Roos, Vrije Universiteit, Amsterdam, Países Bajos (Reproducido con permiso Fuente:....... Roos et al, Proc Natl Acad Sci EE.UU., 2009, Vol. 106, 9673-78) (B) A 250 nm AFM imagen de la topografía de un herpes simple solo cápside del virus. La disposición de las moléculas de proteínas como en 3 dimensiones en la superficie de las subunidades de la cápside, conocido como capsómeros, es claramente visible en la imagen de AFM. Imágenes de AFM se obtuvieron en el catalizador Bioscope operado en el modo de tocar PeakForce en condiciones de amortiguación y el uso de fluidos ScanAsyst + sondas de AFM (k ~ 0.7N / m). Muestra de cortesía de Wouter Roos y Gijs Wuite, Vrije Universiteit, Amsterdam, Holanda.

AFM imagen es particularmente útil en el estudio de los virus presentan ensamblaje anormal o agregación. Esto proporciona información vital para la investigación relacionada con el Alzheimer y el Parkinson. Figura 5 muestra cómo AFM resultados de las imágenes con el catalizador Bioscope en A-A las fibras respecto a la enfermedad de Alzheimer, con todos los detalles sobre la estructura y propiedades nanomecánicos de la fibra. Los investigadores están buscando específicamente la interacción de la proteína amiloide (que se muestra en la Figura 5C) en las células vivas.

Figura 5. PeakForce imágenes qnm de fibras amiloides adsorbidos en una superficie de mica recién cortada. (A) Topografía imágenes revelan algunas de las fibras que tienen una estructura torcida (flechas azules), mientras que otros no lo hacen (flechas rojas). (B) Los datos de módulo y de los canales (C) los datos de deformación se obtienen de forma simultánea a la imagen de la topografía. Estas imágenes indican el amiloide tener un módulo más bajo (más oscuro escala de colores) y en consecuencia, un mayor grado de deformación (escala de color más claro) que el sustrato de mica subyacente. También se observa que las fibras amiloides trenzado tiene un valor del módulo ligeramente inferior en comparación con las fibras que no se tuercen (es decir, fibras retorcidas aparecen más oscuras que las fibras de pequeño derecho en la imagen de módulo). Las imágenes fueron obtenidas en un catalizador Bioscope opere en modo de PeakForce Tapping con ScanAsyst sondas de AFM (k ~ 0.4N / m). Muestra de cortesía de Xingfei Zhou, de la Universidad Ningbo, China.

Figura 6 muestra cómo la fase de perfusión incubadora (PSI) con el catalizador Bioscope proporciona el entorno adecuado para experimentos. El catalizador Bioscope AFM , el PSI y el software MIRO suministrar datos completos para el análisis de amiloide de la fibra.

Figura 6. Configuración del catalizador Bioscope perfusión Incubadora de Etapa (PSI). (1) El sistema soporta el estándar de fondo de cristal placas de Petri para la compatibilidad con los objetivos de alto NA. (2) El difusor de flujo dirige el flujo de líquido en forma laminar a través del área de la muestra, lo que garantiza el intercambio fluido y hasta aislar el ruido de la entrada de líquido y de salida. (3) La abrazadera de la perfusión estabiliza la placa de Petri y contenidos de entrada de acero inoxidable y tubos de salida que están en contacto térmico con la fase de calentamiento para precalentar el líquido que entra y el gas. (4) A los sellos de silicona entre el deflector de la placa de Petri y soporte de la sonda, lo que reduce la evaporación y permite el control del espacio de gas por encima del líquido. (5) El titular de la ISP sonda especializada contiene un sensor de temperatura para el control local de la temperatura. La imagen del lado derecho muestra el PSI totalmente montado, junto con la etapa de calentamiento de la muestra en el catalizador Bioscope AFM.

Membranas y proteínas de membrana

Las membranas celulares encapsular las células que actúan como una capa de separación entre las células. Ellos tienen muchas funciones tales como mantener el citoesqueleto en el lugar, proporcionando la forma de las células y facilitar el transporte de materiales desde y hacia las células. El estudio de las membranas es un poco complicado debido a los dominios hidrofóbicos presentes a lo largo de la membrana. El desafío radica en el estudio de las proteínas de membrana sin alterar el medio ambiente membrana nativa. AFM aborda este reto por el que los estudios pueden llevar a cabo el líquido en condiciones similares a las condiciones fisiológicas. AFM puede proporcionar imágenes de células vivas dando imágenes de alta resolución de las membranas celulares y la estructura. La figura 7A muestra las imágenes de AFM de la membrana de las bacterias sobre un sustrato de mica. Una estructura de dos dimensiones enrejado cristalino llamado S-capa se muestra, esta capa proporciona protección mecánica y química de la célula. La imagen de AFM también exhibe periodicidad pequeños en la red de capa S, que es útil para aplicaciones biométricas y las nanotecnologías.

Figura 7. (A) Imagen AFM de la fase S-capas de bacterias de E. coli. Las membranas bacterianas fueron extirpados de las células y los parches de membrana inmovilizado sobre una superficie de mica recién cortada. El patrón de entramado formado por la capa de proteínas S-es claramente evidente en la imagen de fase y se observa que tienen una periodicidad de ~ 18nm. (B) de alta resolución de imagen de la periodicidad de red S-capa de observar en un parche de membrana simple. Las imágenes fueron obtenidas en un catalizador Bioscope operado en TappingMode en condiciones de amortiguación con SNL sondas de AFM (k ~ 0.32N / m). Muestra de cortesía de Hans Oberleithner, Instituto de Investigaciones Fisiológicas II de la Universidad de Muenster, Alemania.

Conclusión

AFM es útil para proporcionar imágenes de alta resolución de las moléculas en el nivel de células individuales en la investigación biomolecular. El catalizador Bioscope junto con la AFM ofrece la oportunidad de estudiar el ADN, las proteínas y las membranas celulares.

Bruker

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Esta información ha sido de origen, revisión y adaptación de los materiales suministrados por Bruker AXS.

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