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Nós apresentamos uma sequência de protocolos para a visualização de transiente compactação do DNA em cianobactérias. O conceito básico é semelhante da luz correlativo e microscopia eletrônica de varredura (CLEM)12. Além disso, nesse método, cianobactérias ao vivo foram monitoradas por microscopia de fluorescência, rapidamente congeladas nas grades EM e visualizadas diretamente com tomografia computadorizada de cryo-elétron de alta tensão. Como uma primeira aplicação, a estrutura detalhada do DNA compactado células bacterianas com êxito foi visualizado em 3D. Atualmente, este procedimento é específico para este assunto, mas será aplicado mais extensivamente, com metodologia modificada em alguns casos. Aqui, as vantagens, as limitações e as possibilidades futuras deste método são discutidas.
Uma das vantagens deste método é a visualização em 3D da célula inteira. 1 MV HVEM visualizado com êxito a dinâmica estrutura das organelas subcelulares no DNA compactada de células. No entanto, a estrutura fina dentro de células normais não poderiam ser distinguida devido a imagem de baixo contraste. Aumentando inelástica e a dispersão de vários espécimes grosso desfoca a imagem13. Zero-perda e mais-provável-perda de imagem filtrando por um filtro de energia pode melhorar o contraste da imagem, reduzindo a dispersão inelástica14,15, mas não vai funcionar para amostras mais espessas do que iMFP. Os picos de perda nula e a maior perda de provável diminuem drasticamente com espessura do espécime. É particularmente difícil obter uma relação sinal / ruído suficiente para os espécimes elétron sensível incorporado no gelo. Murata et al . demonstraram que transmissão de digitalização de 1MV dá de microscopia (haste) maior contraste de imagem do que uma imagem de campo brilhante em plástico incorporado células de levedura com espessura de 5 µm, onde o contraste da imagem é principalmente dada pelo contraste de amplitude13 . No entanto, espera-se que o efeito de danos de arrastamento sobre elétrons acelerados superiores cria outra limitação para a dose de irradiação para danos sensíveis cryo-espécimes16. O pedido de Volta e Zernike fase placas17,18 de HVEM pode ser capaz de reduzir os danos de arrastamento, reduzindo a dose total no futuro. Outra limitação usando HVEM para espécimes grossos vem do fato de que as instalações do usuário que fornecem HVEM são escassas em todo o mundo.
Utilizando um método alternativo para observar espécimes grossos, tomografia computadorizada de crio-haste em 300 kV demonstrou imagens de alto contraste em espécimes congelados-hidratado com espessura superior a várias centenas de nanômetros19. Para recuperar o contraste de fase em crio-haste, microscopia eletrônica de pthychographic também foi introduzida, na qual a placa de fase na lente condensadora transpõe uma difração de fase modulada para detector 2D pixelado20. As imagens são recuperadas pelo cálculo de múltiplas difrações. Para direto e rápido 3D cryo-imagens de grande nativo congelada amostras, cryo-FIB-SEM também podem ser usado21, onde serial seccionamento com um feixe de íon focalizado e bloquear a imagem do rosto é aplicada para a imagem totalmente hidratado amostras congeladas. Embora estas tecnologias expandem o intervalo de visualização de espécimes biológicos, é difícil encontrar o local de destino das bactérias, rotulado por exemplo, as bactérias, porque o alvo está completamente sob o gelo e não pode ser identificado antes de aparar.
Compactação do DNA produz uma estrutura distinta em cianobactérias. DNA compactado células distinguem-se facilmente mesmo sem ser manchada devido a um viés de grande densidade no interior das células que não está presente em células normais. No entanto, a fim de Visualizar mais eventos locais dentro da célula, é necessário transferir o ROI fluorescente etiquetado para o microscópio de elétron. Para correlativo luz e microscopia eletrônica de varredura (CLEM), imagens de microscópio de luz e microscópio eletrônico são geralmente correlacionadas usando contas de látex fluorescentes ou pontos quânticos em localizador grades12. As partículas de rotulagem devem ser de densidade de elétrons alta além de fluorescência. Eles podem com precisão e confiabilidade correlacionar as posições entre as duas imagens. Além disso, confirmando a área rotulada com microscopia cryo-luz, completa sobreposição de ROI pode ser conseguida entre os dois microscópios. Quando caracterizam eventos estruturais mais detalhados na compactação do DNA, estas partículas e microscópio crio-luz será uma ferramenta indispensável para uma correlação mais robusta e precisa no futuro.
Este artigo mostra como caracterizar a estrutura transitória de compactação do DNA em cianobactérias por uma combinação de cultura síncrona, microscopia de fluorescência e tomografia computadorizada de cryo-elétron de alta tensão. Este protocolo centra-se na observação de DNA compactada. Combinando este método com outras novas tecnologias mencionadas acima, será possível investigar o processo de compactação do DNA em um detalhe mais adicional, e devidamente modificados métodos são amplamente aplicáveis a outros eventos dinâmicos e estruturais em bactérias.