CAREER: Target-locked single molecule spectroscopy and super-resolution microscopy
职业:目标锁定单分子光谱和超分辨率显微镜
基本信息
- 批准号:1847899
- 负责人:
- 金额:$ 63.5万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-02-15 至 2024-01-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
With support from the Chemical Measurement and Imaging Program in the Division of Chemistry, and co-funding from the Molecular Biophysics and Cellular Dynamics Clusters in the Division of Molecular and Cellular Biosciences, Dr. Kevin Welsher and his group at Duke University are seeking new ways to enhance understanding of chemical and biological processes by measuring the function of single molecules with high precision. Specifically, they are developing "target-locked" microscopy tools to follow the rapid motions of single proteins and other cellular matter within cells in real time. The information developed in this project will help us Understand the Rules of Life by helping us see what goes on inside biological cells both at high speed and with high resolution. The Welsher group is also developing a set of experiments for the "home spectroscopists" aimed at using smartphones to illustrate the principles of spectroscopy and optics. These experiments illustrate the color components of various samples using simple red-green-blue values. Online videos "Teachable Tidbits" are being developed with an aim of demystifying chemistry concepts that are frequently obscured by mathematics. Finally, the research is guiding graduate students into the field of microscopy, with an emphasis on learning microscopy through relatively simple numerical simulations that the students build from scratch. Internal molecular motions of single proteins have traditionally been investigated by single molecule Forster Resonant Energy Transfer (smFRET), which requires that the protein be tethered to a surface so that it remains in the focal volume of a microscope. The Welsher group is developing target-locked smFRET to probe untethered single cytosolic proteins in real-time, thereby enabling studies of the effect of cellular crowding and non-equilibrium environments on fast protein domain motions which have eluded traditional smFRET. The work should provide a more complete picture of the molecular underpinnings of cellular cargo transport by providing simultaneous measurement of "tug-of-war" motions of individual motor proteins and the local nanometer-scale cytoskeletal structure using target-locked super-resolution (TL-SR) microscopy. The high-speed, high-precision tracking and local sub-diffraction imaging of TL-SR may enable distinction between existing models of cargo trafficking. The broader impacts of this CAREER proposal focus on making microscopy and spectroscopy accessible to students at all levels.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在化学系化学测量和成像项目的支持下,杜克大学的Kevin Welsher博士和他的团队正在寻求新的方法,通过高精度测量单分子的功能来增强对化学和生物过程的理解,并获得分子和细胞生物科学系分子生物物理学和细胞动力学集群的共同资助。具体来说,他们正在开发“锁定目标”的显微镜工具,以实时跟踪细胞内单个蛋白质和其他细胞物质的快速运动。在这个项目中开发的信息将帮助我们了解生命的规则,帮助我们以高速度和高分辨率看到生物细胞内部发生的事情。Welsher小组还在为“家庭光谱专家”开发一套实验,旨在利用智能手机说明光谱和光学原理。这些实验用简单的红-绿-蓝值说明了不同样品的颜色成分。在线视频“可教的花语”正在开发中,目的是揭开经常被数学模糊的化学概念的神秘面纱。最后,该研究将引导研究生进入显微镜领域,重点是通过学生从零开始构建的相对简单的数值模拟来学习显微镜。单个蛋白质的内部分子运动传统上是通过单分子福斯特共振能量转移(smFRET)来研究的,该方法要求蛋白质被拴在一个表面上,这样它就能保持在显微镜的焦点体积内。Welsher小组正在开发锁定目标的smFRET,以实时探测不受束缚的单个细胞质蛋白,从而使研究细胞拥挤和非平衡环境对快速蛋白质结构域运动的影响成为可能,这是传统smFRET无法实现的。通过同时测量单个运动蛋白的“拔河”运动和使用目标锁定超分辨率(TL-SR)显微镜的局部纳米级细胞骨架结构,这项工作将为细胞货物运输的分子基础提供更完整的图像。TL-SR的高速、高精度跟踪和局部亚衍射成像可以区分现有的货物贩运模式。这一职业建议的更广泛的影响集中在使所有层次的学生都能接触到显微镜和光谱学。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Real-time 3D single molecule tracking
- DOI:10.1038/s41467-020-17444-6
- 发表时间:2020-07-17
- 期刊:
- 影响因子:16.6
- 作者:Hou, Shangguo;Exell, Jack;Welsher, Kevin
- 通讯作者:Welsher, Kevin
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- 作者:
Shangguo Hou;Kevin Welsher - 通讯作者:
Kevin Welsher
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