Aallon ja Karoliinisen instituutin tutkijat kehittivät dna:han perustuvan mikroskopiamenetelmän, joka ei tarvitse lainkaan optiikkaa

Aalto-yliopiston ja Tukholman Karoliinisen instituutin tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen mikroskopiamenetelmän, jolla nähdään, missä solujen tai kudosnäytteiden kiinnostavat molekyylit sijaitsevat – ilman optiikkaa. Toisin kuin tavanomaiset mikroskopiatekniikat, dna-mikroskopiaksi kutsuttu menetelmä ei perustu valoon vaan dna:n sekvensointiin ja tietokonealgoritmiin. Menetelmän uskotaan yleistyvän laajasti, koska se on monissa tilanteissa paljon perinteistä optista mikroskopiaa helppokäyttöisempi.

"Tekniikalla on suuri potentiaali solutason ilmiöiden tutkimuksessa, ja se myös osoittaa, miten monipuolisesti dna-nanoteknologian menetelmiä voidaan soveltaa. Nanomittakaavan ohjelmoitava materiaali ja tehokkaat algoritmit ovat vahva yhdistelmä”, sanoo professori Pekka Orponen, joka on yksi artikkelin kirjoittajista.

Kehitetty menetelmä mahdollistaa esimerkiksi useiden kohdemolekyylien samanaikaisen etsinnän yhdellä kuvantamisella laajalta näytealueelta, kuten erilaisten vasta-aineiden löytämisen yksittäisen solun pinnalta. Tämän ansiosta voidaan esimerkiksi tutkia, miten tällaiset ”mikroympäristöt” vaikuttavat solun elinkaareen tai sairauden kehittymiseen. Perinteisessä mikroskopiassa kohdemolekyylit täytyy havaita yksi tai enintään muutama kerrallaan, mikä on hidasta ja hankalaa.

Kehitetyssä dna-mikroskopiassa solu- tai kudosnäyte yhdistetään yksijuosteisiin dna-pätkiin, jotka kiinnittyvät tutkittaviin molekyyleihin. Jos halutaan tutkia esimerkiksi tiettyä proteiinia, lyhyitä dna-pätkiä käytetään tämän proteiinin sitomiseen. Näitä dna-tunnistajapätkiä voidaan paikallisesti monistaa ja yhdistää pareiksi entsyymien avulla. Tällöin syntyviin pidempiin dna-juosteisiin tallentuu tietoa kohdemolekyylien sijainnista toisiinsa nähden.

Kun pidemmät dna-juosteet on kasvatettu, dna-jonoihin tallentunut nanotason informaatio molekyylien keskinäisestä sijainnista voidaan lukea modernilla dna-sekvensointitekniikalla. Tutkimuksessa kehitettiin tehokas tietojenkäsittelymenetelmä, jonka avulla tästä tiedosta voidaan rekonstruoida tarkka kuva siitä, miten kohdemolekyylit ovat jakautuneet koko näytteen alueella.

Artikkeli julkaistiin arvostetussa PNAS-tiedejulkaisussa.

Tutkimusta ovat rahoittaneet ruotsalaiset Åke Wibergin säätiö sekä Knut ja Alice Wallenbergin säätiö sekä Suomessa Suomen Akatemia.