Language
Country/Area
No result found
Melihat proses dinamis dalam sel: Bagaimana pencitraan fluoresensi membantu kita memahami ekspresi gen?
Pencitraan fluoresensi adalah teknik pencitraan non-invasif yang membantu kita memvisualisasikan proses biologis yang terjadi pada organisme hidup. Teknik ini menggunakan berbagai metode termasuk mikroskopi, probe pencitraan, dan spektroskopi untuk menghasilkan gambar. Fluoresensi pada dasarnya adalah fenomena pendaran cahaya yang terjadi ketika suatu zat menyerap radiasi elektromagnetik dan kemudian melepaskan cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Molekul yang dapat memancarkan cahaya disebut fluorofor. Pencitraan fluoresensi menggunakan pewarna fluoresensi dan protein fluoresensi untuk memberi label pada mesin dan struktur molekuler, yang memungkinkan pengamatan eksperimental terhadap proses dinamis ekspresi gen, ekspresi protein, dan interaksi molekuler.
Pencitraan fluoresensi menyediakan alat kuantitatif yang tepat untuk aplikasi biokimia.
Sering terjadi kesalahpahaman antara fluoresensi dan bioluminesensi, perbedaan antara keduanya adalah proses protein yang menghasilkan cahaya. Bioluminesensi adalah proses kimia yang melibatkan enzim yang memecah substrat untuk menghasilkan cahaya, sedangkan fluoresensi adalah eksitasi fisik elektron yang diikuti oleh kembalinya elektron ke keadaan dasar untuk melepaskan cahaya.
Mekanisme Fluoresensi
Ketika sebuah molekul menyerap cahaya, energi molekul tersebut naik sebentar ke keadaan yang lebih tereksitasi. Ketika molekul tersebut kembali ke keadaan dasar, molekul tersebut memancarkan cahaya fluoresensi, yang dapat dideteksi dan diukur. Panjang gelombang spesifik cahaya yang dipancarkan bergantung pada energi foton yang diserap, sehingga panjang gelombang ini perlu diketahui terlebih dahulu dalam percobaan agar peralatan pengukuran dapat mendeteksi dengan tepat pembentukan cahaya.
Rumus untuk menentukan panjang gelombang emisi fluoresensi adalah: emisi λ = hc / Energi emisi
Di sini, h adalah konstanta Planck dan c adalah kecepatan cahaya. Biasanya, perangkat pemindaian besar atau CCD digunakan untuk mengukur intensitas dan mendigitalkan gambar.
Pewarna dan protein fluoresen
Pewarna fluoresen memiliki fotostabilitas dan kecerahan yang lebih tinggi serta tidak memerlukan waktu pematangan dibandingkan dengan protein fluoresen. Dalam hal kecerahan, koefisien kepunahan (kemampuan menyerap cahaya) dan efisiensi kuantum (seberapa baik ia mengubah cahaya yang diserap menjadi cahaya fluoresen) dari fluorofor saling terkait erat. Pewarna itu sendiri tidak terlalu fluoresen, tetapi ketika terikat pada protein, ia menjadi lebih mudah dideteksi. Misalnya, NanoOrange dapat mengikat lapisan dan daerah hidrofobik protein dan tidak terpengaruh oleh zat pereduksi.
Protein dapat berfluoresensi otomatis ketika menyerap cahaya insiden dengan panjang gelombang tertentu. Misalnya, protein fluoresen hijau (GFP) memancarkan cahaya hijau ketika terkena cahaya dalam kisaran biru hingga ultraviolet. Protein fluoresen adalah molekul pelapor yang sangat baik yang membantu menemukan protein, mengamati pengikatan protein, dan kuantify gene expression.
Rentang pencitraan
Karena beberapa panjang gelombang fluoresensi berada di luar jangkauan mata manusia, CCD digunakan untuk mendeteksi cahaya secara akurat dan membentuk gambar. Ini biasanya dilakukan dalam rentang 300–800 nm. Salah satu keuntungan sinyal fluoresensi adalah bahwa hubungan antara intensitas cahaya yang dipancarkan dan jumlah molekul fluoresensi yang ada umumnya linier, yang pada dasarnya mengharuskan intensitas cahaya datang dan panjang gelombang tetap konstan. Gambar akhir biasanya ditampilkan dalam format data 12-bit atau 16-bit.
Sistem Pencitraan
Komponen utama sistem pencitraan fluoresensi meliputi: sumber eksitasi (yang dapat menghasilkan cahaya panjang gelombang lebar atau cahaya laser), optik tampilan cahaya (digunakan untuk menerangi sampel), dan optik pengumpulan cahaya (biasanya terdiri dari lensa, cermin, dan filter). , dan perangkat deteksi, amplifikasi, dan visualisasi (seperti tabung pengganda foto atau CCD).Aplikasi
Pencitraan fluoresensi telah banyak digunakan dalam berbagai bidang ilmiah, termasuk:
- SYBR Green merupakan pewarna umum yang digunakan untuk memvisualisasikan pita DNA dalam PCR (elektroforesis gel agarosa).
- Gunakan pencitraan fluoresensi untuk membantu navigasi dalam transplantasi. Misalnya, Teal India dapat digunakan pada pasien kanker untuk mendeteksi kelenjar getah bening.
- Dalam pencitraan kalsium, molekul fluoresensi digunakan untuk memantau aktivitas sel hidup dalam sistem saraf.
Kelebihan dan Kekurangan
Meskipun pencitraan fluoresensi memiliki beberapa kelebihan, seperti operasi non-invasif dan sensitivitas tinggi, pencitraan ini juga memiliki beberapa tantangan, seperti pemutihan fluoresensi, sensitivitas lingkungan, dan kemampuan resolusi terbatas.Arah Masa Depan
Ilmuwan tengah berupaya mengembangkan protein fluoresensi yang lebih efisien untuk meningkatkan kinerja probe pencitraan. Melalui metode seperti rekayasa genetika dan stabilisasi lingkungan, teknologi pencitraan fluoresensi masa depan diharapkan dapat mencapai terobosan dalam berbagai dimensi.
Pencitraan fluoresensi menyediakan berbagai peluang untuk mengeksplorasi apa yang terjadi di dalam sel, jadi fenomena biologis baru apa yang mungkin terungkap dari penemuan di masa depan?
