V roce 2014 byla třem vědcům udělena Nobelova cena za chemii. Komise v tomto případě ocenila jejich objev tzv. super-rezoluční mikroskopie (SMLM), díky níž se o notný kus posunula citlivost klasického mikroskopického snímkování. Čeští vědci nyní tuto metodu ještě vylepšili.
Pojmem super-rezoluční mikroskopie s lokalizací jednotlivých molekul (SMLM) označují vědci metodu, při níž jsou fluorescenčně značené molekuly aktivovány a snímány postupně. Tento popis sice laikovi mnoho neřekne, pro vědce jde ale o myšlenku hodnou zmíněné Nobelovy ceny. Mimochodem, rozdělili si ji mezi sebou dva Američané a Němec s rumunskými kořeny.
Tento způsob snímkování totiž ve spojení s pokročilými metodami matematické analýzy umožňuje překonat limity klasické optické mikroskopie, a značně takczvýšit její rozlišení. Díky tomu mohou nyní výzkumníci studovat např. buněčné struktury nebo biologické děje v mnohem větším detailu.
#newpaper | Optimized molecule detection in localization microscopy with selected false positive probability
Související článek
Miroslav Hekrdla @PetrakovaVladka @DavidRoesel @JHINST_Prague et al.
Study ➡️ https://t.co/AUuo3aNHDs#SMLM #imaging #probabilistic #thresholding #optimal #filtering
— Czech Academy of Sciences (@CzechAcademy) January 15, 2025
Přesto má ale metoda SMLM ve své základní podobě i svá omezení. Mimo jiné jde o to, že i když si metoda našla cestu ke komerčním řešením, nic to nemění na tom, že vyžaduje vysoce kvalifikovanou obsluhu. Nastavení celého procesu je velmi složité – dokonce i pro zkušené odborníky – a zároveň částečně subjektivní. A právě tento problém nový objev českých vědců eliminoval.
Od astronomie k mikroskopii
Tým vědců z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR a několika univerzitních pracovišť přišel s novou metodou detekce molekul pro zmíněnou mikroskopii typu SMLM. Jak bylo zmíněno, klasické vyhodnocování je velmi náročné a vyžaduje nastavení mnoha složitých parametrů. Díky nutnosti subjektivního přístupu navíc byly výsledky občas nekonzistentní.
Čeští vědci se na mikroskopické snímky začali dívat tak, jako by šlo o snímky hvězdné oblohy. Astronomové totiž pro jejich vyhodnocování používají metody, při nichž se využívají složité způsoby filtrování obrazu a tzv. pravděpodobnostní prahování. Zjednodušeně řečeno: komplexní výpočetní systém umožňuje redukovat vyhodnocování na nastavení jednoho jediného parametru, kterým je pravděpodobnost falešné detekce.
Vyhodnocování se proto bude moci stát jednodušším a eliminuje se subjektivní nastavování, což vede k přesnějším a spolehlivějším výsledkům. Astronomům pomohla tato metoda k úspěšnému pozorování gravitačních vln, v případě mikroskopie zase usnadní výzkum nových léků, studium virů i buněčných procesů apod.
Popisovaná práce vyšla v prestižním vědeckém časopise Nature Communications a kromě vědců z Akademie věd ČR se na ní podíleli i výzkumníci z Vysoké školy chemicko-technologické a Českého vysokého učení technického.