Detekce molekul jako hvězd: nová metoda českých vědců zlepšuje mikroskopii

Tým vědců z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR a spolupracujících univerzit vyvinul novou metodu detekce molekul pro mikroskopii s lokalizací jednotlivých molekul (SMLM). Tato metoda, inspirovaná technikami používanými v astronomii k mapování hvězd, byla publikována v časopise Nature Communications. Využívá principy detekce signálů známé z radarů a astronomie a výrazně zlepšuje přesnost i reprodukovatelnost výsledků SMLM. Technologie nachází uplatnění v molekulární biologii, výzkumu léků a dalších vědeckých oborech.

„SMLM je mikroskopická metoda, která umožňuje pozorování struktur s mnohem větším rozlišením než klasická optická mikroskopie, a tím otevírá nové možnosti pro studium biologických systémů, proteinů nebo například virů,“ vysvětluje vedoucí výzkumu Vladimíra Petráková. Výsledné mikroskopické obrazy v SMLM vznikají složením tisíců fotografií, z nichž každá zobrazuje pouze část molekul, ze kterých struktura sestává. Snímek tak namísto zobrazované struktury na první pohled připomíná spíš hvězdné nebe, jasné blikající tečky (molekuly) na tmavém pozadí. Pro zobrazení výsledného obrázku je nutné tyto molekuly („hvězdy“) na snímku identifikovat a určit, kde mají střed. Současné metody však vyžadují subjektivní nastavení mnoha parametrů uživateli, což vede k nekonzistentním výsledkům.

„Detekce molekul v SMLM mikroskopii opravdu připomíná hledání objektů ve vesmíru nebo radary,“ vysvětluje první autor studie Miroslav Hekrdla. „V obou případech jde o oddělení skutečných signálů od šumu na pozadí. My jsme nyní adaptovali postup, který se používá v radarech a astronomii již desítky let. Tento způsob detekce hrál například zásadní roli v pozorování gravitačních vln.“

Nová metoda kombinuje pokročilé filtrování s technikou zvanou pravděpodobnostní prahování, která umožňuje uživatelům jednoduše nastavit požadovanou pravděpodobnost falešných detekcí a tím nastavit práh pro identifikaci molekul. Složitá a subjektivní nastavení tak nahrazuje jediný parametr, což usnadňuje práci uživatelům a zlepšuje přesnost výsledků. Metoda, popsaná v článku Optimized Molecule Detection in Localization Microscopy with Selected False Positive Probability, má potenciál standardizovat postupy zpracování dat v SMLM a zásadně zlepšit reprodukovatelnost a kvalitu výsledků z různých laboratoří. 

Kontakt:

doc. Ing. Vladimíra Petráková, Ph.D.
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR
vladimira.petrakova@jh-inst.cas.cz

Ing. Miroslav Hekrdla, Ph.D.
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR
miroslav.hekrdla@jh-inst.cas.cz

Přečtěte si také

• Do Akademie věd putují dva nejprestižnější granty
• Akademie věd ocení čtyři významné osobnosti české vědy čestnými medailemi
• Důležitý krok na cestě k plně ovládaným molekulárním strojům
• Tajemství kukaččích vajec: samice určují barvu, otcové mohou ovlivnit skvrnitost
• V Česku je unikátní první vydání dřevořezu Nosorožec od Albrechta Dürera
• Vědci objevili buněčný „bezpečnostní vypínač“, který chrání DNA před poškozením
• Houby si při šíření kožní infekce z morčat na člověka mohou pomáhat toxiny
• V pondělí startuje festival Týden Akademie věd ČR
• Akademie věd ocení excelentní vědce i výjimečné mladé talenty
• Průmyslová výroba nanodiamantů na dosah díky objevu z ÚOCHB AV ČR