A simple platform for in situ DNA-PAINT optimization enables improved multiplexed super-resolution imaging in Gram-negative bacteria
本研究建立了一个基于 RNA-FISH 的筛选平台，用于系统地优化完整革兰氏阴性细菌内的 DNA-PAINT 图像器-对接对，从而实现对细菌结构和 RNA 集簇的高质量、多重 3D 超分辨率成像。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
细菌是极其微小的、微观的城市，生命的各种最基本过程都在如此微小的尺度上发生，以至于普通的显微镜无法看见它们。为了理解这些单细胞生物如何组织其 DNA、构建细胞壁或发送蛋白质，科学家需要观察那些远小于可见光波长的细节。多年来，研究人员开发了特殊的技巧来绕过这一限制，从而能够以惊人的清晰度可视化细胞的内部运作。其中一种被称为 DNA-PAINT 的方法，利用短链遗传物质作为微小的、闪烁的灯塔。这些链在周围漂浮，并会在每次与细胞内的特定目标结合时短暂附着，在脱离之前闪烁一次光。通过记录成千上万次这些转瞬即逝的闪烁，计算机可以拼凑出一张精确的分子位置图，揭示分辨率仅为几纳米的结构。虽然这种技术在研究较大的人类细胞方面是一种强大的工具，但在细菌内部使用却一直很困难。细菌细胞壁是一个坚硬且复杂的屏障，而拥挤的内部环境使得必要的化学工具难以有效发挥作用。由于缺乏可靠的方法来测试哪些化学组合在这些微小生物体内效果最好，这项技术在细菌研究领域一直很大程度上未被使用。
现在，一个研究小组建立了一个简单、实用的平台来解决这个问题，为在革兰氏阴性细菌（如大肠杆菌和耶尔森氏菌）内部进行高分辨率成像打开了大门。科学家们意识到，要让 DNA-PAINT 在细菌内部发挥作用，他们首先需要一种方法来测试和调整解锁成像过程的化学“钥匙”。他们创建了一个基于已知探针的筛选系统，该探针针对的是存在于每个细菌细胞中的蛋白质制造机器——核糖体。通过将不同的 DNA-PAINT 锚定序列连接到这个探针上，他们可以测试各种化学对在实际细菌环境中的表现。他们测试了十二种不同的序列，测量了它们与目标的结合特异性、闪烁亮度以及停留时间的长短。这个过程使他们能够识别出表现最佳的组合，并微调成像设置（例如相机在拍摄照片之间应等待多久），以捕捉到最清晰的图像。
这种优化的结果是立竿见影且具有变革性的。利用表现最佳的序列，研究人员成功创建了单个大肠杆菌细胞的四色三维图谱。他们同时可视化了外膜、内膜、细菌 DNA 以及读取遗传指令的机制。图像足够清晰，可以测量内膜与外膜之间的微小间隙，揭示出约 51 纳米的空间。这种细节水平证实了该技术能够区分仅相隔几十纳米的结构，这在以前使用标准方法是无法实现的。团队还将他们优化的系统应用于一种会导致人类疾病的致病菌——耶尔森氏菌。他们绘制了三种不同信使 RNA 分子的位置，这些分子携带制造毒力蛋白的指令。图像显示，这些遗传信息并非随机散布，而是聚集在细胞的特定区域（主要是在两极附近），这为细菌如何组织其感染机制提供了新的见解。
这项工作建立了一个简单、具有成本效益的框架，供其他科学家采用这些先进的成像技术。通过提供一种系统地测试和改进细菌内部所需 DNA-PAINT 化学工具的方法，研究人员消除了一个主要的准入门槛。研究表明，在适当的条件下，完全有可能以接近分子的精度观察细菌的分子结构。研究结果表明，长期以来将细菌视为简单、均匀的化学物质袋的观点是不正确的；相反，它们拥有高度组织的内部结构，现在可以用三维方式进行可视化。这种新能力有望加速对细菌生理学和感染机制的理解，为长期以来隐藏在视线之外的微观世界提供一个更清晰的视角。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。