
Detekce molekul jako hvězd: nová metoda českých vědců zlepšuje mikroskopii
29. 01. 2025
Tým vědců z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR a spolupracujících univerzit vyvinul novou metodu detekce molekul pro mikroskopii s lokalizací jednotlivých molekul (SMLM). Tato metoda, inspirovaná technikami používanými v astronomii k mapování hvězd, byla publikována v časopise Nature Communications. Využívá principy detekce signálů známé z radarů a astronomie a výrazně zlepšuje přesnost i reprodukovatelnost výsledků SMLM. Technologie nachází uplatnění v molekulární biologii, výzkumu léků a dalších vědeckých oborech.
„SMLM je mikroskopická metoda, která umožňuje pozorování struktur s mnohem větším rozlišením než klasická optická mikroskopie, a tím otevírá nové možnosti pro studium biologických systémů, proteinů nebo například virů,“ vysvětluje vedoucí výzkumu Vladimíra Petráková. Výsledné mikroskopické obrazy v SMLM vznikají složením tisíců fotografií, z nichž každá zobrazuje pouze část molekul, ze kterých struktura sestává. Snímek tak namísto zobrazované struktury na první pohled připomíná spíš hvězdné nebe, jasné blikající tečky (molekuly) na tmavém pozadí. Pro zobrazení výsledného obrázku je nutné tyto molekuly („hvězdy“) na snímku identifikovat a určit, kde mají střed. Současné metody však vyžadují subjektivní nastavení mnoha parametrů uživateli, což vede k nekonzistentním výsledkům.
„Detekce molekul v SMLM mikroskopii opravdu připomíná hledání objektů ve vesmíru nebo radary,“ vysvětluje první autor studie Miroslav Hekrdla. „V obou případech jde o oddělení skutečných signálů od šumu na pozadí. My jsme nyní adaptovali postup, který se používá v radarech a astronomii již desítky let. Tento způsob detekce hrál například zásadní roli v pozorování gravitačních vln.“
Nová metoda kombinuje pokročilé filtrování s technikou zvanou pravděpodobnostní prahování, která umožňuje uživatelům jednoduše nastavit požadovanou pravděpodobnost falešných detekcí a tím nastavit práh pro identifikaci molekul. Složitá a subjektivní nastavení tak nahrazuje jediný parametr, což usnadňuje práci uživatelům a zlepšuje přesnost výsledků. Metoda, popsaná v článku Optimized Molecule Detection in Localization Microscopy with Selected False Positive Probability, má potenciál standardizovat postupy zpracování dat v SMLM a zásadně zlepšit reprodukovatelnost a kvalitu výsledků z různých laboratoří.
Kontakt:
doc. Ing. Vladimíra Petráková, Ph.D.
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR
vladimira.petrakova@jh-inst.cas.cz
Ing. Miroslav Hekrdla, Ph.D.
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR
miroslav.hekrdla@jh-inst.cas.cz
Přečtěte si také
- Nový program českých vědců se zaměří na vzácná onemocnění
- Na entropii záleží! Výzkum českých vědců posouvá vývoj materiálů
- Česká elektronika pro evropskou sondu k Venuši úspěšně prošla první fází vývoje
- Částečné úvazky: v Česku vzácné zboží
- Za rozvojem rezistence k inzulinu stojí i mitochondriální geny
- Společně tvoříme budoucnost: závěrečná konference GENDERACTIONplus
- Jak čolci zvládají změny prostředí? Roli hraje nejen teplota, ale i konkurence
- Týden mozku 2025: Objevte možnosti lidské mysli
- „Sluneční sonda“ Solar Orbiter míří k dalšímu klíčovému průletu kolem Venuše
- Nová studie odhaluje populační historii největší pastevecké skupiny v Africe
Historické vědy
Vědecká pracoviště
- Archeologický ústav AV ČR, Brno
Archeologický ústav AV ČR, Praha
Historický ústav AV ČR
Masarykův ústav a Archiv AV ČR
Ústav dějin umění AV ČR
Ústav pro soudobé dějiny AV ČR
Úkolem ústavů této sekce je výzkum českých dějin v mezinárodním kontextu. Dva archeologické ústavy (v Praze a v Brně) se věnují pravěkým a středověkým dějinám Čech, resp. regionu středního Podunají od paleolitu po období Velké Moravy. Kromě tradičních metod a záchranného terénního výzkumu se rozvíjí i prostorová archeologie. Historický výzkum, který je rovněž zastoupen dvěma ústavy, se zabývá vybranými kapitolami českých dějin od raného středověku. Souhrnným rozsáhlým projektem je zde příprava Biografického slovníku českých zemí. Pro novější období a zejména pro zmapování klíčových událostí v letech 1938-45, 1948 či 1968 je důležité kritické publikování dříve nepřístupných pramenů. Do této sekce se soustřeďuje i studium dějin vědy, vědeckých institucí i významných osobností vědy. Uměnovědné bádání se soustřeďuje na dokončení mnohasvazkových Dějin českého výtvarného umění a na Topografii uměleckohistorických památek. Posláním Masarykova ústavu a Archivu AV ČR je vedle výzkumu a ochrany pramenné základny k dějinám vědy a kultury v českých zemích obecně i specifický výzkum spisů prvního prezidenta naší republiky a jejich kritické vydávání. Sekce zahrnuje 6 ústavů s přibližně 410 zaměstnanci, z nichž je asi 240 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.