Microscópio óptico com resolução ângstrom revoluciona como vemos a vida

Com inforrmações da Chemistry World - 29/05/2023

O microscópio mostrou pela primeira estruturas dentro de uma molécula sintética de DNA.
[Imagem: Max Iglesias/MPI of Biochemistry ]

Supermicroscópio

Os microscópios ópticos - de visualização direta - chegaram à resolução na escala dos ângstrons, permitindo a visualização de objetos separados por distâncias inferiores a 1 nanômetro.

Um ângstrom (Å) mede 10^-10 metros, o que equivale a 0,1 nanômetro, ou 100 picômetros, sendo a unidade de medida normalmente usada para medir os átomos ou os espaçamentos entre átomos nos cristais.

A nova técnica, batizada de aprimoramento de resolução por imagem sequencial (Resi: Resolution Enhancement by Sequential Imaging), significa que a microscopia de fluorescência agora pode operar na faixa dos ângstrons pela primeira vez.

Quando surgiu a microscopia de super-resolução, ela foi tão revolucionária que seus desenvolvedores ganharam o prêmio Nobel de Química em 2014 ao transformar o microscópio em nanoscópio. Contudo, até agora essa microscopia de super-resolução consegue distinguir entre objetos entre 15 e 20 nm, o que não se traduz diretamente em experimentos em células.

A novidade da Resi é que ela envolve a marcação de cópias adjacentes da mesma molécula alvo com uma etiqueta fluorescente diferente. Quando cada uma das etiquetas é iluminada, pode-se diferenciar claramente uma da outra, mesmo que estejam muito próximas, bastando para isso fotografá-las sequencialmente.

Ao coletar vários sinais de cada molécula marcada, a posição média de cada conjunto pode ser determinada com um nível de precisão mais alto do que é possível com uma única molécula marcada, gerando o que a equipe chama uma imagem de "super-super-resolução".

Como os cientistas viam o núcleo de uma célula (em cima) e como verão a partir de agora (embaixo).
[Imagem: Susanne C. M. Reinhardt et al. - 10.1038/s41586-023-05925-9]

Microscópio pronto para uso

Os pesquisadores demonstraram que a técnica Resi consegue distinguir entre dois objetos separados por apenas alguns átomos em uma molécula sintética de DNA, o que é menos de um nanômetro.

Eles também foram capazes de rotular e visualizar a CD20, uma proteína alvo do medicamento anticancerígeno rituximabe. Ao mapear o arranjo molecular da CD20 in situ em células não tratadas e tratadas com drogas, o novo microscópio revelou novas informações sobre como a proteína é organizada e como esse arranjo é afetado pelo medicamento.

A nova técnica também é rápida o suficiente para ser prática, e não apenas uma demonstração de possibilidades. Os pesquisadores conseguiram fotografar mais de 2.000 estruturas de origami de DNA e, separadamente, 1.000 proteínas complexas de poros nucleares em áreas de cerca de 67 micrômetros quadrados - tudo isso em 100 minutos. Isso, diz a equipe, torna a técnica aplicável como uma "ferramenta de rendimento alto o suficiente" para a biologia celular.

A nova técnica (direita) resolve o problema do embaralhamento das estruturas muito pequenas que se observa nos supermicroscópios atuais (esquerda).
[Imagem: Susanne C. M. Reinhardt et al. - 10.1038/s41586-023-05925-9]

"Estamos muito entusiasmados com o desenvolvimento da Resi, que - pela primeira vez - permite aos pesquisadores resolver distâncias subnanométricas usando instrumentação pronta para uso," disse o professor Ralf Jungmann, do Instituto Max Planck de Bioquímica, na Alemanha. "É uma mudança de paradigma para a microscopia óptica, permitindo imagens intramoleculares e fechando a lacuna entre a microscopia de super-resolução e os estudos de biologia estrutural. A Resi está preparada para fornecer informações importantes para a compreensão de sistemas biológicos complexos."

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