Language
Country/Area
No result found
Truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang phân tử đơn: Làm thế nào để khám phá bí ẩn của các phân tử sinh học?
Trong vật lý sinh học, truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang phân tử đơn (smFRET) đang nhanh chóng trở thành công nghệ quan trọng có thể đo khoảng cách giữa các phân tử sinh học đơn lẻ với độ chính xác từ 1 đến 10 nanomet. Kỹ thuật này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về các phân tử mà còn tiết lộ nhiều hành vi động mà không thể thăm dò được bằng các phép đo tập thể truyền thống.
Sức mạnh của FRET phân tử đơn nằm ở khả năng phân giải tín hiệu FRET của từng phân tử, do đó tiết lộ thông tin động học của nó.
Sử dụng công nghệ FRET, các nhà nghiên cứu có thể quan sát các quá trình động bên trong và giữa các phân tử, chẳng hạn như quá trình gấp và mở của DNA, RNA và protein. Phương pháp này có ý nghĩa to lớn đối với các ứng dụng như cảm biến hóa học và phát hiện sinh học, vì thông qua quan sát ở cấp độ phân tử đơn lẻ, các nhà khoa học có thể thu được dữ liệu về hành vi phân tử thực tế nhất.
Phương pháp đo lường
Các phép đo FRET phân tử đơn thường được thực hiện bằng kính hiển vi huỳnh quang, trong đó các phân tử có thể được cố định trên bề mặt hoặc khuếch tán tự do. Các nhà nghiên cứu sử dụng nguồn sáng mạnh, chẳng hạn như tia laser, để kích thích cặp FRET, tạo ra đủ tín hiệu huỳnh quang để phát hiện từng phân tử. Để giảm nhiễu, các nghiên cứu thường kết hợp kính hiển vi đa photon toàn trường với kính hiển vi huỳnh quang phản xạ toàn phần bên trong (TIRF).
Những thay đổi tín hiệu FRET của một phân tử đơn giúp tiết lộ hành vi động của hệ thống ở trạng thái cân bằng.
Trong các thí nghiệm cố định bề mặt, các phân tử sinh học mang nhãn huỳnh quang được cố định trên bề mặt kính và hình ảnh huỳnh quang được thu thập liên tục. Những thí nghiệm như vậy cho phép quan sát nhiều phân tử chuyển đổi đồng thời trong thời gian dài cho đến khi xảy ra hiện tượng dập tắt huỳnh quang. Ngược lại, smFRET khuếch tán tự do có thể được quan sát khi các phân tử trong mẫu chất lỏng khuếch tán tự nhiên, giúp việc theo dõi những thay đổi linh hoạt hơn.
Phân tích dữ liệu
Dữ liệu smFRET thường bao gồm dấu vết thời gian của hệ thống hai thuốc nhuộm, cường độ huỳnh quang của chất cho và chất nhận. Các nhà nghiên cứu sử dụng bộ lọc quang học hoặc bộ tách chùm tia để tách các phát xạ của hai loại thuốc nhuộm và sau đó tính toán dữ liệu để có được hiệu suất FRET. Vì dữ liệu có thể chứa các tín hiệu từ việc dán nhãn hoặc tổng hợp chưa đầy đủ nên thường cần đến nhiều phần mềm phân tích phức tạp để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu.
Kiểm soát tiếng ồn cũng là một phần quan trọng của quá trình xử lý dữ liệu. Tiếng ồn được phát hiện có thể đến từ dữ liệu đọc được từ camera, tiếng ồn màn trập và các biến thể trong chính mẫu, do đó, điều quan trọng là phải loại bỏ dữ liệu không hợp lệ và cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu.
Xác định trạng thái và phân tích tỷ lệ
Nhiều thuật toán đã được phát triển để phân tích dữ liệu smFRET, những thuật toán được sử dụng phổ biến nhất bao gồm ngưỡng và mô hình Markov ẩn (HMM). Các phương pháp này giúp xác định các chuyển đổi trạng thái theo quỹ đạo thời gian và tính toán thêm hằng số tốc độ truyền giữa các trạng thái. Phân tích này rất quan trọng để hiểu cách các phân tử tương tác và biến đổi theo thời gian và không gian.
Thông qua smFRET, các nhà khoa học có thể quan sát những thay đổi nhỏ trong cấu trúc và động lực phân tử từ một góc nhìn hoàn toàn mới.
Công nghệ truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang phân tử đơn tiếp tục mở rộng hiểu biết của chúng ta về các hệ thống sinh học và tiềm năng của nó trong y sinh học và khoa học vật liệu ngày càng được công nhận. Với sự tiến bộ liên tục của công nghệ, chúng ta có thể khám phá những bí ẩn của thế giới phân tử một cách chính xác hơn. Liệu điều này có thay đổi hướng nghiên cứu của chúng ta trong lĩnh vực khoa học sinh học không?
