Mikroskopie super-rozdzielcze mogą przekroczyć limit dyfrakcji światła i dostarczyć obrazy w rozdzielczościach subdyfrakcyjnych (< 200 nm). Są szeroko stosowane w wielu organizmach do badania lokalizacji białek i struktur subkomórkowych. Główne metody mikroskopii superrozdzielczej obejmują mikroskopię oświetlenia strukturalnego (SIM), mikroskopię zubożenia emisji wymuszonej (STED), STORM i mikroskopię lokalizacyjną aktywowaną fotoaktywowaną (PALM). Mechanizmy i zastosowania tych mikroskopów o wysokiej rozdzielczości zostały omówione gdzie indziej1,2.
STORM może osiągnąć rozdzielczość tak wysoką jak 10 nm dzięki separacji przestrzennej3,4. W przypadku STORM tylko jedna cząsteczka w obszarze ograniczonym dyfrakcją jest aktywowana ("włączona"), a reszta cząsteczek jest utrzymywana w stanie nieaktywnym ("wyłączonym"). Poprzez akumulację szybkiego włączania i wyłączania pojedynczych cząsteczek można wygenerować obraz "nieograniczony dyfrakcyjnie"3. Tymczasem w STORM ma zastosowanie wiele rodzajów barwników organicznych i białek fluorescencyjnych, co pozwala na łatwą aktualizację ze zwykłej mikroskopii fluorescencyjnej do mikroskopii o wysokiej rozdzielczości5,6.
STORM nie był szeroko stosowany w komórkach fotosyntetycznych, takich jak cyjanobakterie, glony i komórki roślinne z chloroplastami7,8, co wynika z faktu, że STORM wymaga dużej intensywności lasera do sterowania fotoprzełączaniem. Laser o wysokiej intensywności niekorzystnie wzbudza silne tło autofluorescencji w komórkach fotosyntetycznych i zakłóca lokalizację pojedynczej cząsteczki w obrazowaniu STORM. Aby wykorzystać STORM do zbadania struktur subkomórkowych lub interakcji białkowych w komórkach fotosyntetycznych, opracowaliśmy protokół fotowybielania w celu wygaszenia sygnałów autofluorescencji tła9. W rutynowej procedurze barwienia immunofluorescencyjnego próbki są wystawiane na działanie białego światła o dużym natężeniu podczas etapu blokowania, co obniża autofluorescencję komórek fotosyntetycznych, aby spełnić wymagania STORM. W związku z tym protokół ten umożliwia badanie organizmów barwnikowych za pomocą STORM.
Tutaj opisujemy protokół korzystania z STORM do obrazowania organizacji pierścienia FtsZ w jednokomórkowym picocyanobacterium Prochlorococcus. FtsZ jest wysoce konserwatywnym białkiem cytoszkieletu podobnym do tubuliny, które polimeryzuje, tworząc strukturę pierścieniową (pierścień Z) wokół obwodu komórki10 i jest niezbędne do podziału komórki11. Zachowane komórki Prochlorococcus są najpierw fotowybielane w celu zmniejszenia tła autofluorescencyjnego i barwione immunologicznie pierwszorzędowym przeciwciałem anty-FtsZ, a następnie drugorzędowe przeciwciało anty-IgG królika (H+L) jest sprzężone z fluoroforem (np. Alexa Fluor 750). Ostatecznie STORM jest używany do obserwacji szczegółowych organizacji pierścieni FtsZ w Prochlorococcus na różnych etapach cyklu komórkowego.