Superupplösningsmikroskopi är en teknik som gör att forskare kan se bortom ljusets diffraktionsgräns. Tekniken har väckt ett ökande intresse, speciellt sedan dess utvecklare vann Nobelpriset i kemi 2014. Genom att utnyttja fluorescens, Superupplösningsmikroskopi tillåter nu forskare att observera celler och deras inre strukturer och organeller på ett sätt som aldrig tidigare varit möjligt.

Många av de molekylära komplexen inuti celler består av flera proteiner. Eftersom nuvarande tekniker för superupplösningsmikroskopi vanligtvis bara använder en eller två fluorescerande färger, det är svårt att observera olika proteiner och dechiffrera den komplexa arkitekturen och de underliggande monteringsmekanismerna för cellens inre strukturer. En ännu större utmaning är att övervinna bruset som är inneboende i superupplösningsmetoderna och fluorescerande märkning, för att uppnå full upplösningspotential.

Forskare från Suliana Manleys labb vid EPFL har nu löst båda problemen genom att utveckla en ny metod för att analysera och rekonstruera superupplösta bilder och justera dem på ett sätt så att flera proteiner kan placeras i en enda 3D-volym. Metoden fungerar med bilder tagna med superupplösningsmikroskopi med stort synfält, med varje bild som innehåller hundratals tvådimensionella projektioner av en märkt struktur parallellt.

Varje 2D-vy representerar en något annorlunda orientering av strukturen, så att med en datauppsättning av tusentals visningar, metoden kan beräkningsmässigt rekonstruera och anpassa 2-D-bilderna till en 3-D-volym. Genom att kombinera information från ett stort antal enstaka bilder, bruset reduceras och den effektiva upplösningen av 3D-rekonstruktionen förbättras.

Med hjälp av Pierre Gönczys labb vid EPFL, forskarna testade metoden på mänskliga centriolkomplex. Centrioler är par av cylindriska molekylära sammansättningar som är avgörande för att hjälpa cellen att dela sig. Genom att använda den nya multicolor superupplösningsrekonstruktionsmetoden, forskarna kunde avslöja 3D-arkitekturen hos fyra proteiner som är avgörande för centriolar sammansättning under organellbiogenes.

Det nya tillvägagångssättet tillåter obegränsade multiplexeringsmöjligheter. "Med denna metod, om proteinerna i strukturen kan märkas, det finns ingen gräns för antalet färger i 3D-rekonstruktionen, " säger Suliana Manley. "Dessutom, rekonstruktionen är oberoende av den använda superupplösningsmetoden, så vi förväntar oss att denna analysmetod och programvara är av brett intresse."