Bezznačková superrozlišovací mikroskopie fluktuací s rozlišením jednotlivých molekul
| Thesis title in Czech: | Bezznačková superrozlišovací mikroskopie fluktuací s rozlišením jednotlivých molekul |
|---|---|
| Thesis title in English: | Label-free fluctuation-based superresolution microscopy with single-molecule sensitivity |
| Key words: | Jednotlivé proteiny|Rayleighův rozptyl|optická detekce|mikroskopie|PAINT mikroskopie |
| English key words: | Single proteins|Rayleigh scattering|optical detection|microscopy|PAINT microscopy |
| Academic year of topic announcement: | 2024/2025 |
| Thesis type: | dissertation |
| Thesis language: | |
| Department: | Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i. (32-UFEAV) |
| Supervisor: | Mgr. Marek Piliarik, Ph.D. |
| Author: |
| Guidelines |
| The Ph.D. program is offered within the 1st Topical Partner Cluster (TPC) „Cytoskeletal Dynamics Across Scales: From molecular biophysics to organismal development“ associated with the Dresden International Graduate School for Biomedicine and Bioengineering (DIGS-BB).
Ph.D. student of the program P4F4 or P4F4A at MFF UK under the supervision of the TPC member will be integrated into the DIGS-BB Ph.D. program including access to combined research infrastructure, techniques, training, lab rotations, joint summer schools. DIGS-BB TPC provides expert mentoring and thesis supervision by each student’s Thesis Advisory Committee (TAC). Each TAC is composed of three experts usually representing different disciplines and research institutions. The TAC will accompany each Ph.D. student throughout the thesis work for a maximum duration of 4 years. More information at https://www.digs-bb.de/tpc/cytoskeletal-dynamics-across-scales. A detailed statement of work is to be determined. More information: piliarik@ufe.cz |
| References |
| 1. M. Vala, L. Bujak, A.G. Marin, K. Holanova, V. Henrichs, M. Braun, Z. Lansky, M. Piliarik, Nanoscopic Structural Fluctuations of Disassembling Microtubules Revealed by Label-Free Super-Resolution Microscopy, Small Methods (2021) 2000985.
2. H. Robert, K. Holanová, Ł. Bujak, M. Vala, V. Henrichs, Z. Lánský, M. Piliarik, Fast photothermal spatial light modulation for quantitative phase imaging at the nanoscale, Nature Communications 12 (2021) 2921. 3. M. Piliarik, V. Sandoghdar, Direct optical sensing of single unlabelled proteins and super-resolution imaging of their binding sites, Nature Communications 5 (2014) 4495. 1. 4. C. F. Bohren, D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. 2004. 5. M. Vala, M. Piliarik, Weighing single protein complexes on the go, Nature Methods 18 (2021) 1159–1160 Další literatura bude upřesněna. |
| Preliminary scope of work |
| Mikroskopie se superrozlišením se stala základním nástrojem pro pochopení struktury a funkce živých systémů, ale její fluorescenční princip znesnadňuje zobrazování vysoce dynamických nebo komplexních systémů. Dostupná míra detailů při pozorování sestavování proteinových struktur nám tak brání v pochopení některých klíčových procesů, které řídí mechanismy v biologických systémech. Jednou z výzev inspirujících nové technologické postupy jsou nejranější fáze tvorby tau agregátů. V neuronálních buňkách regulují tau proteiny přístup jiných proteinů k mikrotubulům. Patologické samouspořádání tau je charakteristickým znakem několika neurodegenerativních onemocnění, včetně Alzheimerovy choroby. Aby bylo možné zachytit mechanismy, které jsou základem biologických systémů, v detailu jednotlivých proteinů, bude doktorand vyvíjet novou bezznačkovou metodu založenou na přímé detekci fluktuací jednotlivých proteinů pomocí interferometrické rozptylové mikroskopie (iSCAT). Vývoj metody iSCAT se zaměří na rozlišení mikrosekundových fluktuací jednotlivých proteinů a bude se zabývat detaily sestavování proteinových struktur, jako jsou tau proteiny do fibril a větších agregátů. Cílem výzkumu je položit základy nové éry vysokorychlostní mikroskopie se superrozlišením bez použití značek.
Externím konzultantem disertace bude Prof. Stefan Diez (TU Dresden, DE), stefan.diez@tu-dresden.de |
| Preliminary scope of work in English |
| While super-resolution microscopy has become an essential tool for understanding the structure and function of living systems, its fluorescence principle makes it difficult to image highly dynamic or complex systems. This blind spot in observing assembling protein structures hinders our understanding of some of the key processes that drive mechanisms in biological systems. One of the challenges inspiring our new technological developments is the earliest stages of tau aggregate formation. In neuronal cells, tau proteins regulate the access of other proteins to microtubules. Pathological self-assembly of tau is a hallmark of several neurodegenerative diseases, including Alzheimer's disease. To capture the mechanisms underlying biological systems in single-protein detail, the Ph.D. student will develop a new label-free method based on the direct detection of single-protein fluctuations using interferometric scattering microscopy (iSCAT). The development of the iSCAT method will focus on resolving microsecond fluctuations of single proteins, addressing details of the assembly of protein structures, such as tau proteins into fibrils and larger aggregates. The research aims to lay the foundations for a new era of high-speed, label-free super-resolution microscopy in biology and biophysics.
The external consultant of the dissertation will be Prof. Stefan Diez (TU Dresden, DE), stefan.diez@tu-dresden.de |