超分辨率熒光顯微鏡可用于可視化小于200納米(即低于光的衍射極限)的結(jié)構(gòu)。顯微鏡技術(shù)之一叫做DNA-PAINT，是由生物化學MPI研究組組長，LMU實驗物理教授Ralf Jungmann及其同事開發(fā)的。該技術(shù)使用短的“成像器”，染料標記的DNA鏈，它們以互補的方式暫時結(jié)合其靶分子，以產(chǎn)生必要的“閃爍”，以超分辨率地重建圖像。

Jungmann說：“最近，我們通過優(yōu)化DNA序列設(shè)計，將DNA-PAINT的傳統(tǒng)上較慢的采集速度提高了一個數(shù)量級。”“然而，這是以失去多路復用為代價的，這意味著無法同時觀察到細胞中的幾種結(jié)構(gòu)，” Jungmann補充說。然而，同時觀察幾種蛋白質(zhì)對于更好地理解腫瘤與正常細胞之間的復雜信號傳導級聯(lián)非常重要。

在速度優(yōu)化的DNA-PAINT中無法實現(xiàn)這種多路復用功能，因為只有單一的優(yōu)化序列具有改進的雜交特性。該論文的第一作者，Jungmann研究小組的同事塞巴斯蒂安·斯特勞斯(Sebastian Strauss)說：“我們問自己如何允許多重成像，同時又進一步提高了圖像采集速度。”

在當前的研究中，研究人員提出了一種成功提高成像速度的新穎概念。他們利用了這樣一個事實，即成像器與其靶鏈的結(jié)合頻率與可用結(jié)合位點的數(shù)量成線性比例。Strauss說：“結(jié)合位點越多，圖像獲取的速度就越快。但是，簡單地串聯(lián)結(jié)合位點將導致不希望的長對接序列，從而可能降低可實現(xiàn)的圖像分辨率并增加非特異性結(jié)合。”為了規(guī)避這些問題，研究人員設(shè)計了重復序列基序，例如(TCC)n，可以將其連接起來以提供重疊的結(jié)合位點，但鏈長僅略微增加。“我們設(shè)計了六個獨立的周期性序列主題，

為了優(yōu)化新的序列基序并確定其改進基準，該小組使用了DNA折紙結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)是自組裝的納米尺寸DNA對象，可以自動折疊成預定的形狀。這些結(jié)構(gòu)可用于排列DNA-PAINT結(jié)合位點，該位點精確間隔開，例如5 nm。這使研究人員能夠在確定的條件下評估DNA-PAINT的改進。“新的優(yōu)化的DNA序列使我們能夠在短短幾分鐘內(nèi)解析出六個不同的DNA折紙結(jié)構(gòu)，而不僅僅是一個。” Strauss解釋說。

“我們很高興在DNA-PAINT中應(yīng)用現(xiàn)在進一步提高的成像速度來解決生物學問題。例如，以前只能緩慢地檢查腫瘤標志物，而不能在單分子水平上清楚地檢查。在我們的研究中，對四個不同的腫瘤標志物證實了它們分子位置和相互作用的快速，準確分析。這可能為藥物開發(fā)及其作用機理提供重要見解。”