A kutatócsoport neve
Advanced Optical Imaging (AdOptIm) Group
A kutatócsoport vezetője
Dr. Erdélyi Miklós, fizikus, egyetemi docens, Szegedi Tudományegyetem, Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék
Telefon
+36 62 546710
Email
meerdelyi@gmail.com
Részletes adatok
NAP 2 kutatási téma címe
Molekuláris szintű folyamatok vizsgálata fluoreszcens mikroszkópiával
A NAP 2-ben tervezett kutatások leírása
A kutatócsoport feladata kettős. Egyrészt biztosítani kívánja az agykutatási programban résztvevő többi kutatócsoport számára a lokalizációs szuperrezolúciós mikroszkóp infrastrukturális hátterét. Folytatja a megkezdett közös projekteket és újakba kíván becsatlakozni. A saját fejlesztésű mikroszkóp lehetőséget ad az igények szerinti átalakításokhoz mind hardver, mind szoftver szintjén. Ezen túlmenően a kutatócsoport önálló kutatási célja a STORM mikroszkópia kvantitatív jellegének erősítése. Ez a feladat magában foglalja az alkalmazott fluoreszcens festékek fotofizikájának in vivo vizsgálatát, az alkalmazott kémiai környezet optimalizálását, a mintától függő képminőséget jellemző jósági tényezők meghatározását, továbbá a korrelatív többszínű konfokális és STORM mikroszkópiás felvételek javítását. A STORM mikroszkópia a fluoreszcens molekulák sztochasztikus felvillanásainak detektálásán alapszik, ezért a kvantitatív kiértékelés statisztikus jelleggel bír. Elsődleges kérdés, hogy a jelölt molekula milyen nyomot hoz létre, hány darab felvillanás jellemzi a végső képen? A rendszer transzferfüggvényének meghatározása után klaszteranalízis segítségével határozhatjuk meg a jelölt molekulák kvantitatív eloszlását. A generált szuperrezolúciós képen kirajzolódó struktúrák geometriai kiértékelése (struktúrák mérete, távolságok, eloszlások stb.) és a megírt kódok felhasználóbarát beillesztése a rainSTORM programunkba szintén fontos feladat.
A kutatócsoport vezetőjének szakmai bemutatása
Erdélyi Miklós 1994-ban szerzett diplomát a József Attila Tudományegyetem fizikus szakán. Végzés után az amerikai Rice Egyetemen kezdett el dolgozni Prof. Frank Tittel kutatócsoportjában. Érdeklődése ekkor fordult a nagy térbeli feloldású eljárások felé. PhD dolgozatát is ebben a témában védte meg Szegeden, 2000-ben. Doktoranduszként ismét a Rice Egyetemre kapott meghívást, ahol telepíthető gázszenzorok fejlesztésén dolgozott. 2001-ben OTKA posztdoktori ösztöndíjjal visszatért Magyarországra. Koordinátorként és kutatóként számos ipari együttműködésben vett részt. 2010-ben egy hároméves posztdoktori ösztöndíjat nyert el a Cambridge-i Egyetemre. E három év alatt ismerkedett meg a nagy térbeli feloldású lokalizációs mikroszkópiával. Korábbi litográfiai, spektroszkópiai és rendszertervező ismereteire alapozva ezen időszak alatt két dSTORM mikroszkóprendszert épített, amelyek jelenleg fontos részét képezik a helyi molekuláris biológiai kutatások eszközparkjának. 2013-ban tért vissza Szegedre, ahol az AdOptIm kutatócsoport vezetőjeként biológiai és fizikai minták lokalizációs elven történő szuperrezolúciós leképezésével foglalkozik, számos biológiai és orvosi kutatáshoz biztosítja a mikroszkópiai hátteret. Kutatásait Marie Curie, Bolyai János, OTKA, EPSRS/NPL, GINOP, NAP1 és NAP2 ösztöndíjak és pályázatok támogatták. Fő kutatási területe a multimodális és kvantitatív lokalizációs szuperrezolúciós módszerek fejlesztése és alkalmazása.
Kulcsszavak
szuperrezolúció, fluoreszcens mikroszkópia, egymolekula-detektálás, lokalizációs technika, multimodalitás
Előzmények
NAP 1 kutatási téma címe
Lokalizációs mikroszkópia idegtudományi alkalmazásokban
A NAP 1-ben elért eredmények összefoglalása
A kutatócsoportban folyó kutatások három pillérre épültek: a szuperrezolúciós STORM mikroszkóp hardveres fejlesztésére, a szuperrezolúciós képek kiértékelésére és az együttműködő csoportokkal való mérésekre. A hardveres fejlesztés keretében egyedi kialakítású STORM mikroszkóprendszer került megépítésre, 488 nm, 561 nm és 647 nm gerjesztési hullámhosszakra. A rendszer tetszőleges szögű, irányú és polarizáltságú EPI, TIRF, illetve HILO kivilágítást tesz lehetővé. A gerjesztő nyaláb polarizációjának tetszőleges változtatásával polarizációérzékeny (anizotrópia) mérések váltak lehetővé. 3D asztigmiás képalkotás optimalizálásával és kalibrálásával a mélységélességen belül 50nm axiális feloldás érhető el. A szuperrezolúciós képek kiértékelése keretében algoritmus lett kifejlesztve vonalvastagság, élek és párhuzamos vonalak geometriai paramétereinek meghatározására. A továbbfejlesztett rainSTORM program 2D és 3D klaszteranalízisre vált alkalmassá, illetve a testSTORM szimulátorunk is kiegészült drift korrekció, polarizációérzékeny PSF és a nem lokalizált felvillanások kiértékelésére írt alkalmazásokkal. Egy új multimodális elrendezést lett kifejlesztve és tesztelve, ami az emittált fotonok közel 100%-os gyűjtésére alapszik, és alkalmas 3D, spektrális és polarizációs STORM mérésekre, miközben a hagyományos 2D szuperrezolúciós képek minősége nem romlik. Szuperrezolúciós méréseket végeztünk többek között a szarkomert alkotó több mint húsz fontosabb fehérjék (actin, dDAAM, kettin stb.) térbeli eloszlására; KCC2 molekulák időbeli klaszterizációjára gerincsérülés után, és DNS kettős törés fókuszok környezetének feltérképezésére, exosomák térbeli eloszlására és Nav1.6 csatornák feltérképezésére.
A NAP 1 programhoz kapcsolódó fontosabb publikációk
Tibor Novák, Tamás Gajdos, József Sinkó, Gábor Szabó and Miklós Erdélyi: TestSTORM: Versatile simulator software for multimodal super-resolution localization fluorescence microscopy, Scientific Reports, 2017. DOI: 10.1038/s41598-017-01122-7
József Sinkó1, Tamás Gajdos, Elvira Czvik, Gábor Szabó and Miklós Erdélyi, Polarization sensitive localization based super-resolution microscopy with birefringent wedge, Methods and Applications in Fluorescence, 5(1), 017001, DOI: 10.1088/2050-6120/aa6260, 2017.
M. Erdélyi, J. Sinkó, R. Kákonyi, A. Kelemen, E. Rees, D. Varga and G. Szabó: Origin and compensation of imaging artefacts in localization-based super-resolution microscopy, Methods, 88, 122-132, DOI: 10.1016/j.ymeth.2015.05.025, (2015).
J. Sinkó, G. Szabó and M. Erdélyi: Ray tracing analysis of inclined illumination techniques, Optics Express, 22(16), 18940-18948, 2014. https://doi.org/10.1364/OE.22.018940
