Nově vyvinutý mikroskop umožňuje sledování molekulárních pochodů v buňkách / Publikace vědců JU v prestižním vědeckém časopise Nature Methods

Nový mikroskop přispěje k objevování nových léčiv a také k porozumění procesu fungování buněk a celých organismů. Jako obzvlášť zajímavá oblast uplatnění nového mikroskopu se jeví možnost vidět elektrické signály putující v jednotlivých neuronech v mozku. Spoluautor publikace Alexey Bondar je studentem Jihočeské univerzity, obor fyzikální biologie.

Josef Lazar, Alexey Bondar, Štěpán Timr, Stuart Firestein: Two-photon polarization microscopy reveals protein structure and function, Nature Methods, 2011

Nový druh optického mikroskopu, vyvinutý pod vedením výzkumných pracovníků z Ústavu nanobiologie a strukturní biologie CVGZ, AV ČR a z Jihočeské univerzity, umožní sledovat v živých buňkách různé pochody, které nebylo do současnosti jinak možné vidět.

Nově vyvinutá technologie staví na pokročilém druhu optického mikroskopu, tzv. dvoufotonovém mikroskopu. U dvoufotonových mikroskopů je biologický vzorek osvětlován pomocí silného infračerveného laseru způsobem, který umožňuje trojrozměrnou prostorovou lokalizaci fluoreskujících molekul (tj. molekul vyzařujících světlo, pokud jsou samy osvětleny světlem o vhodné vlnové délce). Fluorescentní látky jsou v současnosti v biologii často využívané k vizualizaci jinak nebarevných biologických molekul. Současné zlepšení spočívá v uzpůsobení použitého laserového svazku tak, aby jeho světelné vlny oscilovaly střídavě v různých, přesně definovaných směrech (polarizacích). Toto uzpůsobení umožňuje využít dvoufotonového mikroskopu k zjišťování nejen toho kde se fluorescentní molekuly nacházejí, ale i jak jsou orientovány.

Současný výzkum ukázal, že z informací o orientaci fluorescentních značek připevněných k molekulám zvolené bílkoviny lze vyvodit informace o struktuře těchto bílkovinných molekul, přímo v živých buňkách a tkáních. Protože struktura bílkovinných molekul se často mění, když tyto molekuly v buňkách vykonávají nějakou činnost, umožňuje nový mikroskop detekovat, zda v buňkách probíhá určitý molekulární proces či ne.

Tím, že umožní sledování pochodů v buňkách, by měl nový mikroskop umožnit objevování nových léčiv, která tyto pochody ovlivňují. Kromě farmaceutického průmyslu přispěje nový mikroskop také k porozumění tomu, jak buňky a celé organismy fungují. Jako obzvlášť zajímavá oblast uplatnění nového mikroskopu se jeví možnost vidět elektrické signály putující v jednotlivých neuronech v mozku. Uspořádání a aplikace nového mikroskopu jsou v současnosti chráněny českým patentem, a je vyvíjeno úsilí o patentovou ochranu na mezinárodní úrovni a o komerční uplatnění.

Obrázky buněk získané nově vyvinutým mikroskopem. Změny tvarů molekul v buňce se projevují změnami červeného/žlu­tého/zeleného zabrvení buněk / foto archiv J. Lazara

Současná publikace výsledků je vyvrcholením desetiletého úsilí hlavního autora publikace, jenž začalo během jeho působení na Columbia University v USA, a pokračovalo v jeho týmu na Ústavu nanobiologie a strukturní biologie CVGZ Akademie věd a na Jihočeské univerzitě, v Nových Hradech a Českých Budějovicích. První tři autoři prováděli publikovaný výzkum na Akademii věd a Jihočeské univerzitě, dalším autorem je spolupracovník z Columbia University. Výzkum byl finančně podpořen Národnímy ústavy zdraví (USA), McKnightovou nadací (USA), Columbia University (USA), Evropskou unií, vládou České republiky, Jihočeskou univerzitou, a z úspor hlavního výzkumného pracovníka.

Kontakt: Josef Lazar, Ph.D.,
Ústav nanobiologie a strukturní biologie CVGZ, v.v.i.
Akademie věd České republiky, Zámek 136
37333 Nové Hrady E-mail: lazar@usbe.cas.cz, tel. +420389033814

H. Bumbová, tisková mluvčí JU, 1.7.2011