東工大ら,クライオ蛍光顕微鏡で分子観察

東京工業大学と名古屋大学,京都大学の研究グループは,クライオ蛍光顕微鏡によって二本鎖DNAの分子イメージングに成功した(ニュースリリース)。

生体機能は複数の分子が関与する多段階の現象がある方向性を持って進むことで発現しているため,分子生物学の研究を進めるには,細胞内部の系全体を俯瞰することが大切となる。

しかし,現在の技術では細胞内部を分子レベルで観察することは不可能で,このような複数の分子のマクロな集合状態を可視化することはできなかった。

研究グループは2007年に1nmの位置精度を持つクライオ蛍光顕微鏡を開発している。今回,この顕微鏡を用いて,末端にそれぞれ違う色の蛍光体を結合させた二本鎖DNAを1分子観察した。

研究では,クライオ蛍光顕微鏡を多数の分子間イメージングに利用するために,二本鎖DNAをテスト分子として評価を行なった。二本鎖DNAの長さは10.2nmで,その末端に,それぞれ,近赤外と赤色の蛍光を発する色素を結合させた。DNAの塩基数は30で,剛直な棒状になっていると考えられる。

クライオ蛍光顕微鏡による二本鎖DNAの1分子イメージング(観察温度−271℃)では,末端がはっきりと観測され,DNAの向きや長さがわかった。通常の蛍光顕微鏡の正確度は蛍光波長(数百nm)程度で,開発したクライオ蛍光顕微鏡では2桁高い5nmに達した。

実際に観測された色素間の距離は0~50nmに分布し,大きな系統誤差が発生していることがわかった。研究グループは系統誤差の原因がピントボケであることを突き止め,個々の画像のピントもナノレベルで調整した。

その結果,正確度がナノレベルに向上し,長さ10nmの二本鎖DNAを1分子ごとに画像化することに成功した。10nmは生体分子間の距離に相当するという。

研究グループは近い将来,ナノメートル正確度のクライオ蛍光顕微鏡によって,前人未踏の生命現象の分子レベルの可視化が実現するとしている。

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