(PhysOrg.com) - Os pesquisadores estão descobrindo que a capacidade de ver coisas muito pequenas - objetos 20, 000 vezes mais fino que um cabelo humano - pode ajudar a responder a grandes questões biológicas. É por isso que Jennifer Ross, um físico da Universidade de Massachusetts Amherst, está construindo um novo microscópio que atinge super resolução, permitindo que os cientistas vejam moléculas 100 vezes menores do que as visíveis usando a microscopia de luz tradicional.

Os pesquisadores estão descobrindo que a capacidade de ver coisas muito pequenas - objetos 20, 000 vezes mais fino que um cabelo humano - pode ajudar a responder a grandes questões biológicas. É por isso que Jennifer Ross, um físico da Universidade de Massachusetts Amherst, está construindo um novo microscópio que atinge super resolução, permitindo que os cientistas vejam moléculas 100 vezes menores do que as visíveis usando a microscopia de luz tradicional.

Ross está particularmente interessado em usar o microscópio para determinar como uma proteína especializada chamada tubulina controla a divisão celular. Ela e Patricia Wadsworth, um biólogo da UMass Amherst, recentemente receberam US $ 684, 000 doação do National Institutes of Health por meio do American Recovery and Reinvestment Act para desenvolver um microscópio que incorpora duas técnicas de fluorescência de ponta que dão aos pesquisadores a capacidade de observar e rastrear moléculas de proteínas individuais. UMass Amherst é a segunda universidade do país a usar um destes, denominada Microscopia de Reconstrução Óptica Estocástica (STORM).

O novo microscópio, a ser construído no próximo ano, permitirá uma precisão muito maior na identificação de objetos - como certas proteínas celulares - ao permitir que os cientistas os vejam individualmente e observem seus movimentos em tempo real. Ross diz que isso ajudará praticamente todas as disciplinas científicas a ajudar a responder a questões importantes de como os neurônios se comunicam entre si no cérebro e quais são as fontes de energia verde mais eficientes.

Etiquetas fluorescentes especiais usadas com o novo microscópio permitirão que ela veja moléculas individuais que controlam a divisão celular - trabalhando em tempo real, em células vivas. Ver tubulinas individuais em seu ambiente normal deve dar a ela uma visão melhor de como os processos que controlam podem dar errado. Isso pode contribuir para a compreensão dos pesquisadores de como o crescimento celular descontrolado pode levar ao câncer.

Até agora, a observação de proteínas individuais envolveu o isolamento dessas proteínas das células em que operam. Mas observar uma única molécula retirada de seu ambiente natural significa que as interações e comportamentos normais são perdidos. “Não é assim que a célula realmente é, ”Diz Ross.

A primeira geração de proteínas de fluorescência (que recentemente rendeu aos descobridores um Prêmio Nobel) ajudou a resolver esse problema, permitindo aos cientistas alguma capacidade de observar proteínas marcadas interagindo em tempo real dentro das células. Mas quando muitas moléculas são marcadas com fluorescência dentro de uma célula, a quantidade de luz que eles emitem impede que os observadores vejam o que as proteínas individuais estão fazendo, porque todas elas fluorescem ao mesmo tempo, criando um brilho. Marcar todas as proteínas semelhantes em uma célula produz uma imagem que é muito borrada para fornecer dados úteis.

A nova técnica de marcação usada com o microscópio resolve esse problema adicionando um “interruptor de luz” que permite ao pesquisador controlar o marcador fluorescente. Em vez de estar constantemente, etiquetas fluorescentes podem ser selecionadas individualmente para ligar usando pequenas quantidades de luz roxa, permitindo que cada proteína seja vista individualmente. Como o físico explica, quando apenas uma pequena quantidade de luz é usada, ele atua como uma partícula em vez de uma onda e excita apenas uma molécula marcada com fluorescência por vez.

Avançar, a fluorescência dessas proteínas dura apenas alguns segundos e depois escurece. Outro pequeno conjunto de proteínas pode ser ativado com mais luz roxa. Usado desta forma, o novo, um microscópio mais preciso pode então criar um mapa das proteínas individuais, que é capturado em uma câmera de alta resolução.

O novo microscópio também resolve outro grande problema associado à primeira geração de microscópios de luz:as imagens são tão borradas que as moléculas muitas vezes parecem ter 50 vezes seu tamanho real. Isso resulta da grande quantidade de fluorescência que cada proteína marcada emite - os pesquisadores não conseguem distinguir entre o objeto real e a mancha difusa de luz que o cerca. O efeito sobre os investigadores é muito parecido com pedir direções para um escritório específico e ser informado apenas em qual prédio ele está, Ross explica - sem uma localização exata, a resposta não ajuda.

As novas técnicas de fluorescência aproveitam o fato de que a luz mais brilhante emitida pelos objetos virá de seus centros. Ross e colegas desenvolveram uma fórmula matemática que pode se ajustar à forma do padrão de intensidade de luz de uma única molécula. Isso permite que um computador localize o centro da proteína dentro de 20 bilionésimos de um metro em vez de 200, fazendo com que o objeto pareça muito mais com o tamanho real.

Ross resume que as técnicas de fluorescência fotoativada e de localização (FPALM) e STORM que ela e seus colegas estão aperfeiçoando devem permitir que os cientistas vejam moléculas individuais estimulando as marcas fluorescentes com uma pequena quantidade de luz. O STORM usa corantes ligeiramente diferentes que podem ser “ajustados” para marcar moléculas específicas. Ao marcar diferentes proteínas com diferentes marcadores fluorescentes, os cientistas também podem observar a dinâmica de várias proteínas simultaneamente, não é possível na microscopia de fluorescência de primeira geração.