Projektbeschreibung
Neuartige Einzelphotonen-Detektoranordnung zur Untersuchung molekularer Interaktionen in lebenden multizellulären Umgebungen
Die Einzelmoleküldetektion von fluoreszenzmarkierten Biomolekülen kann deren Strukturen und Funktionen aufdecken. Die Anwendung von Techniken der Einzelmoleküldetektion in lebenden multizellulären Umgebungen ist jedoch mit Einschränkungen in Bezug auf die zugänglichen Informationen und die räumlich-zeitliche Skala und Auflösung verbunden. Das EU-finanzierte Projekt BrightEyes zielt darauf ab, diese Beschränkungen zu überwinden, indem innovative Tracking-, Spektroskopie- und Bildgebungsmethoden entwickelt werden, mit denen biomolekulare Prozesse in lebenden multizellulären Umgebungen mit beispielloser räumlicher und zeitlicher Auflösung und hohem Informationsgehalt untersucht werden können. Durch den Einsatz einer neuartigen Einzelphotonen-Detektoranordnung wird im Projekt ein optisches System zur kontinuierlichen Verfolgung der Biomoleküle in Echtzeit, zur Messung der spektroskopischen Eigenschaften und zur Visualisierung der subzellulären Strukturen konzipiert.
Ziel
Fluorescence single-molecule (SM) detection techniques have the potential to provide insights into the complex functions, structures and interactions of individual, specifically labelled biomolecules. However, current SM techniques work properly only when the biomolecule is observed in controlled environments, e.g. immobilized on a glass surface. Observation of biomolecular processes in living (multi)cellular environments – which is fundamental for sound biological conclusion – always comes with a price, such as invasiveness, limitations in the accessible information and constraints in the spatial and temporal scales.
The overall objective of the BrightEyes project is to break the above limitations by creating a novel SM approach compatible with the state-of-the-art biomolecule-labelling protocols, able to track a biomolecule deep inside (multi)cellular environments – with temporal resolution in the microsecond scale, and with hundreds of micrometres tracking range – and simultaneously observe its structural changes, its nano- and micro-environments.
Specifically, by exploring a novel single-photon detectors array, the BrightEyes project will implement an optical system, able to continuously (i) track in real-time the biomolecule of interest from which to decode its dynamics and interactions; (ii) measure the nano-environment fluorescence spectroscopy properties, such as lifetime, photon-pair correlation and intensity, from which to extract the biochemical properties of the nano-environment, the structural properties of the biomolecule – via SM-FRET and anti-bunching – and the interactions of the biomolecule with other biomolecular species – via STED-FCS; (iii) visualize the sub-cellular structures within the micro-environment with sub-diffraction spatial resolution – via STED and image scanning microscopy.
This unique paradigm will enable unprecedented studies of biomolecular behaviours, interactions and self-organization at near-physiological conditions.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
16163 Genova
Italien