Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из отслеживания одиночных частиц )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Принцип отслеживания одиночных частиц: прямоугольники представляют кадры из получения изображения в моменты времени t  = 0, 1, 2, ... Отслеживаемые частицы представлены в виде красных кружков, а в последнем кадре восстановленные траектории показаны синим линии

Одночастичное слежение ( SPT ) - это наблюдение за движением отдельных частиц в среде. Временной ряд координат, который может быть либо в двух измерениях ( x , y ), либо в трех измерениях ( x , y , z ), называется траекторией . Траектория обычно анализируется с использованием статистических методов для извлечения информации о базовой динамике частицы. [1] [2] [3]Эта динамика может раскрыть информацию о типе наблюдаемого переноса (например, тепловой или активный), среде, в которой движется частица, и взаимодействиях с другими частицами. В случае случайного движения для измерения коэффициента диффузии можно использовать анализ траектории .

Приложения [ править ]

В науках о жизни отслеживание отдельных частиц широко используется для количественной оценки динамики молекул / белков в живых клетках (бактерий, дрожжей, клеток млекопитающих и живых эмбрионов дрозофилы ). [4] [5] [6] [7] Он широко используется для изучения динамики факторов транскрипции в живых клетках. [8] [9] [10] Кроме того, экзогенные частицы используются в качестве зондов для оценки механических свойств среды, метод, известный как пассивная микрореология . [11] Этот метод был применен для исследования движения липидов и белков внутри мембран, [12] [13] молекул в ядре [14]и цитоплазма, [15] органеллы и молекулы в них, [16] липидные гранулы, [17] [18] [19] везикулы и частицы, введенные в цитоплазму или ядро. Кроме того, отслеживание отдельных частиц широко использовалось при изучении воссозданных липидных бислоев [20], прерывистой диффузии между 3D и 2D (например, мембрана) [21] или 1D (например, полимер ДНК) фазами, а также синтетических запутанные актиновые сети. [22] [23]

Методы [ править ]

Наиболее распространенный тип частиц, используемых для отслеживания одиночных частиц, основан либо на рассеивателях , таких как шарики полистирола или наночастицах золота, которые можно отслеживать с помощью освещения ярким полем, либо на флуоресцентных частицах. Для флуоресцентных меток существует множество различных вариантов со своими преимуществами и недостатками, включая квантовые точки , флуоресцентные белки , органические флуорофоры и цианиновые красители.

На фундаментальном уровне после получения изображений отслеживание отдельных частиц представляет собой двухэтапный процесс. Сначала обнаруживаются частицы, а затем локализованные различные частицы соединяются для получения индивидуальных траекторий.

Помимо выполнения отслеживания частиц в 2D, существует несколько методов визуализации для 3D отслеживания частиц, в том числе мультифокальной плоскости микроскопии , [24] двойной спирали точка распространения функции микроскопии, [25] и введение астигматизма с помощью цилиндрической линзы или адаптивной оптики.

Броуновская диффузия [ править ]

Основная статья: броуновское движение

См. Также [ править ]

  • Броуновское движение
  • Анализ отслеживания наночастиц
  • Микрореология
  • Распространение
  • Одномолекулярный эксперимент
  • Привязанное движение частицы

Ссылки [ править ]

  1. ^ Метцлер, Ральф; Чон, Джэ-Хён; Черствый, Андрей Г .; Баркай, Эли (2014). «Модели аномальной диффузии и их свойства: нестационарность, неэргодичность и старение к столетию отслеживания одиночных частиц» . Phys. Chem. Chem. Phys . 16 (44): 24128–24164. Bibcode : 2014PCCP ... 1624128M . DOI : 10.1039 / c4cp03465a . ISSN  1463-9076 . PMID  25297814 .
  2. ^ Манзо, Карло; Гарсиа-Парахо, Мария Ф (2015-10-29). «Обзор прогресса в отслеживании отдельных частиц: от методов до биофизических идей». Отчеты о достижениях физики . 78 (12): 124601. Bibcode : 2015RPPh ... 78l4601M . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 78/12/124601 . ISSN 0034-4885 . PMID 26511974 .  
  3. ^ Энтони, Стивен; Чжан, Лянфан; Граник, Стив (2006). «Методы отслеживания траекторий одиночных молекул». Ленгмюра . 22 (12): 5266–5272. DOI : 10.1021 / la060244i . ISSN 0743-7463 . PMID 16732651 .  
  4. ^ Хёфлинг, Феликс; Франош, Томас (2013-03-12). «Аномальный транспорт в перенаселенном мире биологических клеток». Отчеты о достижениях физики . 76 (4): 046602. arXiv : 1301.6990 . Bibcode : 2013RPPh ... 76d6602H . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 76/4/046602 . ISSN 0034-4885 . PMID 23481518 .  
  5. ^ Barkai, Эли; Гарини, Юваль; Мецлер, Ральф (2012). «Странная кинетика одиночных молекул в живых клетках». Физика сегодня . 65 (8): 29–35. Bibcode : 2012PhT .... 65h..29B . DOI : 10,1063 / pt.3.1677 . ISSN 0031-9228 . 
  6. ^ Мир, Мустафа; Реймер, Армандо; Стадлер, Майкл; Тангара, Астоу; Hansen, Anders S .; Хоккемейер, Дирк; Эйзен, Майкл Б .; Гарсия, Эрнан; Дарзак, Ксавьер (2018), Любченко, Юрий Л. (редактор), «Визуализация отдельных молекул в живых эмбрионах с использованием решетчатой ​​световой микроскопии», Наноразмерная визуализация: методы и протоколы , методы в молекулярной биологии, Springer New York, 1814 , . С. 541-559, DOI : 10.1007 / 978-1-4939-8591-3_32 , ISBN 978-1-4939-8591-3, PMC  6225527 , PMID  29956254
  7. ^ Болл, Дэвид А .; Mehta, Gunjan D .; Саломон-Кент, Ронит; Мацца, Давиде; Морисаки, Тацуя; Мюллер, Флориан; МакНелли, Джеймс Дж .; Карпова, Татьяна Сергеевна (01.12.2016). «Отслеживание одной молекулы Ace1p в Saccharomyces cerevisiae определяет характерное время пребывания для неспецифических взаимодействий факторов транскрипции с хроматином» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (21): e160. DOI : 10.1093 / NAR / gkw744 . ISSN 0305-1048 . PMC 5137432 . PMID 27566148 .   
  8. ^ Mehta, Gunjan D .; Болл, Дэвид А .; Эрикссон, Питер Р .; Череджи, Разван В .; Кларк, Дэвид Дж .; МакНелли, Джеймс Дж .; Карпова, Татьяна С. (06.12.2018). «Анализ одиночных молекул выявляет связанные циклы ремоделирования хроматина RSC и связывания фактора транскрипции Ace1p в дрожжах» . Молекулярная клетка . 72 (5): 875–887.e9. DOI : 10.1016 / j.molcel.2018.09.009 . ISSN 1097-2765 . PMC 6289719 . PMID 30318444 .   
  9. ^ Морисаки, Тацуя; Müller, Waltraud G .; Голоб, Николь; Мацца, Давиде; МакНелли, Джеймс Г. (18 июля 2014 г.). «Одномолекулярный анализ связывания факторов транскрипции на сайтах транскрипции в живых клетках» . Nature Communications . 5 (1): 4456. Bibcode : 2014NatCo ... 5.4456M . DOI : 10,1038 / ncomms5456 . ISSN 2041-1723 . PMC 4144071 . PMID 25034201 .   
  10. ^ Пресман, Диего М .; Болл, Дэвид А .; Паакинахо, Вилле; Гримм, Джонатан Б .; Лавис, Люк Д .; Карпова, Татьяна С .; Хагер, Гордон Л. (2017-07-01). «Количественная оценка динамики связывания фактора транскрипции на уровне одной молекулы в живых клетках» . Методы . 4-мерный нуклеом. 123 : 76–88. DOI : 10.1016 / j.ymeth.2017.03.014 . ЛВП : 11336/64420 . ISSN 1046-2023 . PMC 5522764 . PMID 28315485 .   
  11. Перейти ↑ Wirtz, Denis (2009). «Микрореология живых клеток с отслеживанием частиц: принципы и применение». Ежегодный обзор биофизики . 38 (1): 301–326. CiteSeerX 10.1.1.295.9645 . DOI : 10.1146 / annurev.biophys.050708.133724 . ISSN 1936-122X . PMID 19416071 .   
  12. ^ Сакстон, Майкл Дж; Джейкобсон, Кен (1997). «Отслеживание отдельных частиц: приложения к мембранной динамике». Ежегодный обзор биофизики и структуры биомолекул . 26 : 373–399. DOI : 10.1146 / annurev.biophys.26.1.373 . PMID 9241424 . 
  13. ^ Krapf, Диего (2015), "Механизмы , лежащие в основе аномальной диффузии в плазматической мембране" , липидные домены , Актуальные проблемы мембран, 75 ., Elsevier, стр 167-207, DOI : 10.1016 / bs.ctm.2015.03.002 , ISBN 9780128032954, PMID  26015283 , получено 20.08.2018
  14. ^ Болл, Д. А; Mehta, G.D; Salomon-Kent, R; Mazza, D; Морисаки, Т; Мюллер, Ф; McNally, J.G; Карпова, Т. С (2016). «Отслеживание одной молекулы Ace1p в Saccharomyces cerevisiae определяет характерное время пребывания для неспецифических взаимодействий факторов транскрипции с хроматином» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (21): e160. DOI : 10.1093 / NAR / gkw744 . PMC 5137432 . PMID 27566148 .  
  15. Перейти ↑ Golding, Ido (2006). «Физическая природа бактериальной цитоплазмы». Письма с физическим обзором . 96 (9): 098102. Bibcode : 2006PhRvL..96i8102G . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.96.098102 . PMID 16606319 . 
  16. ↑ Никсон-Абелл, Джонатон; Обара, Кристофер Дж .; Weigel, Aubrey V .; Ли, Донг; Легант, Уэсли Р .; Xu, C. Shan; Пазолли, Х. Амалия; Харви, Кирстен; Гесс, Харальд Ф. (2016-10-28). «Повышенное пространственно-временное разрешение выявляет высокодинамичные плотные трубчатые матрицы в периферической ER» . Наука . 354 (6311): aaf3928. DOI : 10.1126 / science.aaf3928 . ISSN 0036-8075 . PMC 6528812 . PMID 27789813 .   
  17. ^ Tolić-Nørrelykke, Iva Marija (2004). «Аномальная диффузия в живых дрожжевых клетках» . Письма с физическим обзором . 93 (7): 078102. Bibcode : 2004PhRvL..93g8102T . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.93.078102 . PMID 15324280 . 
  18. ^ Чжон, Jae-Hyung (2011). "In vivo аномальная диффузия и слабое нарушение эргодичности липидных гранул". Письма с физическим обзором . 106 (4): 048103. arXiv : 1010.0347 . Bibcode : 2011PhRvL.106d8103J . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.106.048103 . PMID 21405366 . 
  19. ^ Чен, Ю; Рис, Томас В; Цзи, Лянньянь; Чао, Хуэй (2018). «Отслеживание динамики митохондрий комплексами иридия (III)». Текущее мнение в химической биологии . 43 : 51–57. DOI : 10.1016 / j.cbpa.2017.11.006 . ISSN 1367-5931 . PMID 29175532 .  
  20. ^ Knight, Джефферсон D .; Фальке, Джозеф Дж. (2009). "Исследования флуоресценции одной молекулы домена PH: новый взгляд на реакцию стыковки мембраны" . Биофизический журнал . 96 (2): 566–582. Bibcode : 2009BpJ .... 96..566K . DOI : 10.1016 / j.bpj.2008.10.020 . ISSN 0006-3495 . PMC 2716689 . PMID 19167305 .   
  21. ^ Кампаньола, Грейс; Непал, Канти; Schroder, Bryce W .; Peersen, Olve B .; Крапф, Диего (07.12.2015). «Супердиффузионное движение нацеленных на мембрану доменов C2» . Научные отчеты . 5 (1): 17721. arXiv : 1506.03795 . Bibcode : 2015NatSR ... 517721C . DOI : 10.1038 / srep17721 . ISSN 2045-2322 . PMC 4671060 . PMID 26639944 .   
  22. ^ Вонг, IY (2004). "Аномальная динамика микроструктуры зондов диффузии запутанных сетей F-актина" . Письма с физическим обзором . 92 (17): 178101. Bibcode : 2004PhRvL..92q8101W . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.92.178101 . PMID 15169197 . 
  23. ^ Ван, Бо; Энтони, Стивен М .; Пэ, Сунг Чул; Граник, Стив (2009-09-08). «Аномальное, но броуновское» . Труды Национальной академии наук . 106 (36): 15160–15164. Bibcode : 2009PNAS..10615160W . DOI : 10.1073 / pnas.0903554106 . PMC 2776241 . PMID 19666495 .  
  24. ^ Рам, Шрипад; Прабхат, Прашант; Чао, Джерри; Салли Уорд, E .; Обер, Раймунд Дж. (2008). «Высокоточная трехмерная квантовая микроскопия дофокальной плоскости для исследования быстрой внутриклеточной динамики живых клеток» . Биофизический журнал . 95 (12): 6025–6043. Bibcode : 2008BpJ .... 95.6025R . DOI : 10.1529 / biophysj.108.140392 . PMC 2599831 . PMID 18835896 .  
  25. ^ Badieirostami, M .; Лью, доктор медицины; Томпсон, Массачусетс; Моернер, WE (2010). «Точность трехмерной локализации функции рассеяния точки двойной спирали в сравнении с астигматизмом и бипланом» . Письма по прикладной физике . 97 (16): 161103. Bibcode : 2010ApPhL..97p1103B . DOI : 10.1063 / 1.3499652 . PMC 2980550 . PMID 21079725 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • TrackMate
  • U-Track
  • Метод двойной спирали PSF (Андор)
  • Примеры смоделированных или экспериментальных траекторий одиночных частиц