क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी

संदर्भ

अमेरिकी शोधकर्ताओं ने मैग्नेटिक आइसोलेशन एंड कंसन्ट्रेशन (MagIC) नामक एक नई क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी विधि विकसित की है, जो पहले की तुलना में 100 गुना कम सांद्रता पर जैविक अणुओं की इमेजिंग की अनुमति देती है।

क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के बारे में 

• क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (cryo-EM) एक उन्नत इमेजिंग तकनीक है, जिसका उपयोग प्रोटीन, वायरस या डीएनए जैसे जैविक अणुओं की विस्तृत संरचना का अध्ययन करने के लिए बहुत उच्च रिजाॅल्यूशन पर किया जाता है।
• मुख्य सिद्धांत: जैविक नमूनों को तेजी से काँच के समान (गैर-क्रिस्टलीय) दिखने वाली बर्फ में जमाया जाता है और फिर क्रायोजेनिक परिस्थितियों में इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करके उनकी इमेज बनाई जाती है।
  • इससे उनकी प्राकृतिक संरचना सुरक्षित रहती है और विकिरण क्षति से बचाव होता है।
• सीमाएँ: क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (Cryo-EM) के लिए जैविक अणुओं की उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है।
  • दुर्लभ या अलग करने में कठिन अणुओं की कम उपलब्धता के कारण उनकी इमेज बनाना मुश्किल है।
• नेशनल क्रायो EM (National Cryo EM) सुविधाएँ: पहली नेशनल क्रायो-EM सुविधा वर्ष 2017 में राष्ट्रीय जैविक विज्ञान केंद्र (NCBS) में स्थापित की गई थी और उसके बाद IISc, बंगलूरू और RCB फरीदाबाद, IIT कानपुर में स्थापित की गई थी।

MagIC (मैग्नेटिक आइसोलेशन एंड कंसन्ट्रेशन) की मुख्य विशेषताएँ

• चुंबकीय क्लस्टरिंग: नई विधि नमूने में रुचि के अणुओं को 50-NM बीड्स (Beads) से जोड़कर कार्य करती है, फिर बीड्स को एक साथ जोड़ने के लिए चुंबक का उपयोग करती है।
• कम सांद्रता पर दक्षता: यह तकनीक 0.0005 मिलीग्राम/ML जितनी कम सांद्रता वाले नमूने के साथ भी इमेजिंग की अनुमति देती है, जिससे नमूने की आवश्यकताएँ काफी कम हो जाती हैं।
• त्वरित माइक्रोस्कोपी: बीड्स (Beads) कम आवर्धन पर भी आसानी से दिखाई देती हैं, जिससे कण-समृद्ध क्षेत्रों की तेजी से पहचान और डेटा अधिग्रहण संभव होता है।
• नॉइस रिडक्शन स्ट्रेटेजी: छोटे कण प्रायः बैकग्राउंड नॉइज में छिप जाते हैं।
  • उन्हें बाहर निकालने के लिए, शोधकर्ताओं ने डुप्लिकेटेड सिलेक्शन टू एक्सक्लूड रबिश (Duplicated Selection To Exclude Rubbish-DuSTER) नामक एक ‘कंप्यूटर वर्कफ्लो’  का निर्माण किया।
  • दो-चरणीय सत्यापन: DuSTER एल्गोरिदम ने प्रत्येक कण को ​​दो बार चुना, 2D या 3D वर्गीकरण के दो दौर के बाद उसी स्थान पर उतरने वाले कणों को रखा और बाकी को निष्कासित कर दिया।
  • यहाँ तक ​​कि जब क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (cryo-EM) इमेज नॉइज से भरी होती हैं और अनुपयोगी लगती हैं, तब भी DuSTER सॉफ्टवेयर उनसे उपयोगी, उच्च-गुणवत्ता वाले पार्टिकल इमेज की पहचान करने और उन्हें निकालने में सक्षम है।

मैजिक (MagIC) का महत्त्व

• वैज्ञानिक उन्नति: दुर्लभ, कम सांद्रता वाले जैव-अणुओं के संरचनात्मक अध्ययन की अनुमति देता है।
• नमूना दक्षता: नमूना माँग को घटाकर केवल 5 नैनोग्राम प्रति ग्रिड कर देता है।
• डेटा गुणवत्ता: बेहतर सटीकता के लिए चुंबकीय लक्ष्यीकरण को कंप्यूटर फिल्टरिंग के साथ जोड़ता है।
• गति: वैज्ञानिक तेजी से कण समृद्ध क्षेत्रों में माइक्रोस्कोप ले जा सकते हैं, जिससे डेटा संग्रहण में तेजी आती है।

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