A szegedi élettudományi kutatásokat forradalmasíthatja az a nagy térfelbontású, szuperrezolúciós (azaz: nanométeres mérettartományú) fénymikroszkóp, amelynek a továbbfejlesztésén dolgozik Erdélyi Miklós, a Szegedi Tudományegyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tanszékének adjunktusa.

Fényforrás a festékmolekula

„A vizsgálni kívánt biológiai minta egyes alkotórészeit specifikusan fluoreszcens festékkel jelölik, amit azután lézerrel gerjesztenek, majd az emittált, vagyis a kibocsátott fényt leképezik egy mikroszkóppal. A fluoreszcens mikroszkópiában ezek a festékmolekulák szolgálnak fényforrásként” – magyarázta a módszer lényegét Erdélyi Miklós.

„Az optikai módszerek térbeli felbontását a fény elhajlása limitálja. A már régóta ismert alaptörvény szerint a térbeli feloldás a fény hullámhosszának a fele, amely a látható tartományban körülbelül 250 nanométeres korlátot jelent. Tehát a mintában a 250 nanométernél kisebb struktúrákat optikai módon nem tudjuk leképezni, ezekről a fénymikroszkóp nem ad éles képet. Pedig a biológiában ez az a mérettartomány, amely alatt az igazán izgalmas dolgok történnek” – magyarázta a fizikus.

Cambridge-ben és Londonban is épített

A sejten belüli molekuláris folyamatokat optikai módszerrel eddig nehéz volt követni. Ezért erős a kutatók motivációja arra, hogy ezt az úgynevezett „feloldási limitet” optikai módszerrel áttörjék – hallottuk Erdélyi Miklóstól, aki Cambridge-ben és Londonban is épített már hasonló rendszert. Az angliai tanulmányút alatt szerzett tapasztalataival és újabb ötletekkel szeretné továbbfejleszteni azt a konfokális fluoreszcencia-mikroszkópot, amely 2014 őszén, a kémiai Nobel-díj bejelentésének napjaiban érkezett az SZTE laboratóriumába.

Szegedi specialitások

A két magyarországi lokalizációs mikroszkóp közül az egyik az MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetében működik, a másik a szegedi kutatókat szolgálja. A szegedi műszer lokalizációs részének a továbbfejlesztésével Erdélyi Miklós és csoportjának célja a képminőség javítása. Ehhez például optimalizálni kell a minta „kivilágítását”. Továbbá növelni szeretnék a háromdimenziós képek harmadik (axiális) ablakát. Polarizáció-érzékeny detektálással szeretnék elérni, hogy a fehérjék átalakulásait, például dimerizálódását, vagy az Alzheimer-kórban szerepet játszó béta-amiloid lerakódások kialakulását időben is képesek legyenek követni az SZTE kutatói – biológusok, orvosok, vegyészek és fizikusok.

Hell, Betzig és Moerner

2014 három kémiai Nobel-díjas kutatója között az a különbség, hogy a németországi Hell hagyományosan előkészített mintával és a pásztázó mikroszkópia elvei alapján dolgozik, de csökkentette a gerjesztett térfogatot egy második speciális megvilágítást alkalmazva. Az egymolekula-mikroszkópia vagy lokalizációs mikroszkópia alapjait az amerikai Moerner és Betzig dolgozta ki. Ők az alkalmazott fluoreszcens fehérjék ki-be kapcsolásával elérték, hogy az egyes molekulákat külön-külön lokalizálják, azaz nagy pontossággal meghatározzák a helyüket. Így két molekula akkor is külön leképezhető, ha nagyon közel vannak egymáshoz. Az első lokalizációs elven működő mikroszkópot Betzig építette 2006-ban – magyarázta Erdélyi Miklós. A szegedi fizikus hozzátette: ma már csak Európában húsznál is több kutatócsoport foglalkozik szuperrezolúciós fénymikroszkópiával.

Újszászi Ilona