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

Dna-mikroskopia avaa näkymän biologisten molekyylien mikrotasolle ilman kallista ja hankalaa optiikkaa.
Voronoi Mona Lisa
Dna-mikroskopiaa havainnollistetaan renessanssimaalauksella. Kuva artikkelista.

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.

Professori Pekka Orponen
Kuva Lasse Lecklin / Aalto-yliopisto

Tekniikalla on suuri potentiaali solutason ilmiöiden tutkimuksessa, ja se myös osoittaa, miten monipuolisesti dna-nanoteknologian menetelmiä voidaan soveltaa, sanoo professori Pekka Orponen.

Lisätiedot

Pekka Orponen

Pekka Orponen

Tietotekniikan laitos
Professori
Tietotekniikan laitos
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Kuva osoittaa, miten valmistetaan biosynteettistä hämähäkinseittiä suurjännitteen avulla
Aalto Magazine, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Hämähäkkisilkki syntyy, kun mikrobeihin lisätään hämähäkin DNA:ta

Hämähäkki on opettanut tutkijoita tuottamaan synteettistä biomateriaalia, josta voi tulevaisuudessa valmistaa hyvin monenlaisia tuotteita vaatteista autonosiin.
Aalto University professor of practice Jan Blech photo by Jaakko Kahilaniemi
Nimitykset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Jan Blech suunnittelee ohjelmistoja uuteen teolliseen vallankumoukseen

Työelämäprofessori on perustamassa uutta tutkimusalustaa tulevaisuuden tehtaille, joissa robotiikka ja älykkäät koneet ovat arkipäivää.
Apulaisprofessori Arno Solin
Tutkimus ja taide Julkaistu:

”Kiinnostuin koneoppimisesta ennen kuin tiesin, että tällainen käsite on olemassakaan”

Kesällä Suomen Akatemian nuorelle tutkijasukupolvelle suunnatun rahoituksen saanut Arno Solin innostuu koneoppimisesta, sillä sitä kautta pääsee perehtymään teoriaan ja ratkomaan oikean elämän ongelmia.
Yrittäjyyden tutkijatohtori Virva Salmivaara
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Virva Salmivaara: Tutkin yrittäjien roolia kestävässä kehityksessä

Yrittäjyyden tutkijan mukaan tutkijalla täytyy olla oma visio, johon uskoo ja jonka saavuttaakseen on valmis tekemään töitä pitkäjänteisesti.