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Multi-Parameter Live-Cell Observation of Biomolecular Processes with Single-Photon Detector Array

Descripción del proyecto

Nuevo conjunto de detectores monofotónicos para estudiar las interacciones moleculares en entornos multicelulares vivos

La detección de molécula única de biomoléculas marcadas con fluorescencia puede revelar sus estructuras y funciones. Sin embargo, la aplicación de técnicas de molécula única en entornos multicelulares vivos está asociada a limitaciones en la información a la que se puede acceder y a restricciones en la escala espacio-temporal y la resolución. El objetivo del proyecto BrightEyes, financiado con fondos europeos, es acabar con estas limitaciones mediante la creación de métodos innovadores de seguimiento, espectroscopia y obtención de imágenes de molécula única para analizar los procesos biomoleculares en entornos multicelulares vivos, con una resolución espacio-temporal y un contenido de información sin precedentes. Aprovechando un novedoso conjunto de detectores monofotónicos, en el proyecto se utilizará un sistema óptico para el seguimiento continuo en tiempo real de las biomoléculas, que medirá las propiedades espectroscópicas y visualizará las estructuras subcelulares.

Objetivo

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.

Régimen de financiación

ERC-COG - Consolidator Grant

Institución de acogida

FONDAZIONE ISTITUTO ITALIANO DI TECNOLOGIA
Aportación neta de la UEn
€ 1 861 250,00
Dirección
VIA MOREGO 30
16163 Genova
Italia

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Región
Nord-Ovest Liguria Genova
Tipo de actividad
Research Organisations
Enlaces
Coste total
€ 1 861 250,00

Beneficiarios (1)