q&more
Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

News

Hürde der Mikroskopie überwunden

Kleinste Zellstrukturen lassen sich jetzt noch besser abbilden

Team Markus Sauer / Universität Würzburg

(a) Dreidimensionale Ex-dSTORM von 3,2-fach expandierten Zentriolen. Messbalken ein Mikrometer. (b) Der vergrößerte Ausschnitt aus (a) zeigt die neunfache Symmetrie der Prozentriole. Messbalken 500 Nanometer. (c) Dreidimensionale Ex-dSTORM von 3,1-fach expandierten Tubulinfilamenten. Messbalken zwei Mikrometer. (d) Die Vergrößerung aus (c) zeigt ein Tubulinfilament; Messbalken 500 Nanometer. (e) Der Querschnitt eines Tubulinfilaments zeigt dessen hohle Struktur. Messbalken 200 Nanometer.

10.07.2020: Mit der hochauflösenden Mikroskopie ist es theoretisch möglich, Zellstrukturen mit einer Auflösung von wenigen Nanometern abzubilden. Doch in der Praxis gelang das bisher nicht.

Der Grund dafür: Zur Markierung der Zellstrukturen werden meistens Antikörper eingesetzt, die einen fluoreszierenden Farbstoff tragen. Der Farbstoff befindet sich darum nicht direkt an der Zielstruktur, sondern rund 17,5 Nanometer davon entfernt. Unter anderem wegen dieses Abstandsfehlers konnte die theoretisch erreichbare Auflösung bislang nicht realisiert werden.

Publikation in Nature Communications

Ein internationales Forschungsteam hat diese Hürde jetzt überwunden. Das gelang durch die Kombination der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie dSTORM mit der Expansionsmikroskopie ExM. Das Fachjournal Nature Communications stellt die Ergebnisse vor.

Federführend bei der Publikation war ein Team vom Biozentrum der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg: Professor Markus Sauer, Leiter des Lehrstuhls für Biotechnologie und Biophysik, mit den Doktoranden Fabian Zwettler und Sebastian Reinhard. Maßgeblich beteiligt waren auch die Professoren Paul Guichard von der Universität Genf (Schweiz) und Toby Bell von der Monash University (Australien).

Hemmnisse bei der Kombination von dSTORM und ExM

Mit der Methode dSTORM, die in der Arbeitsgruppe von Professor Sauer entwickelt wurde, gelingt eine fast molekulare Auflösung von rund 20 Nanometer. Um die Auflösung weiter zu steigern, schien eine Kombination mit der seit wenigen Jahren verfügbaren Expansionsmikroskopie aussichtsreich.

Bei der ExM wird die zu untersuchende Probe in ein quellbares Polymer vernetzt. Dann zerstört man die Wechselwirkungen der Moleküle in der Probe und lässt diese mit Wasser aufquellen. Dadurch kommt es zu einer Expansion: Die abzubildenden Moleküle driften um den Faktor vier räumlich auseinander.

Warum sich die beiden Methoden bisher nicht kombinieren ließen:

  • Die Fluoreszenzfarbstoffe, die bei dSTORM zu Markierung der Moleküle verwendet werden, überlebten die Polymerisation des wässrigen Gels nicht.

  • Für dSTORM ist eine Pufferlösung nötig, die aber die expandierte Probe sich wieder zusammenziehen ließ.

Abstandsfehler deutlich verringert

„Durch eine Stabilisierung des Gels und eine Immunfärbung erst nach der Expansion könnten wir diese Hürden überwinden und die beiden Mikroskopiemethoden erfolgreich miteinander verbinden“, freut sich Markus Sauer. Dadurch schmelze der Abstandsfehler bei 3,2-facher Expansion auf nur noch fünf Nanometer. Das mache erstmals ein Fluoreszenzimaging mit molekularer Auflösung möglich.

Wie gut ihre Methode funktioniert, zeigten die Forscher an Zentriolen und Strukturen, die aus dem Protein Tubulin aufgebaut sind. Unter anderem konnten sie Tubulinröhrchen als hohle Zylinder mit einem Durchmesser von 25 Nanometern visualisieren. An den Zentriolen gelang es, Dreiergruppen aus Tubulinstrukturen mit einem Abstand von 15 bis 20 Nanometer scharf abzubilden. Die Zentriolen sind Zellstrukturen, die bei der Zellteilung eine wichtige Rolle spielen.

Professor Sauers Fazit: „Bei vielen wichtigen Zellkomponenten können wir durch die Kombination von ExM und dSTORM nun erstmals detaillierte Einblicke in die molekulare Funktion und Architektur bekommen.“ Das Team will darum als nächstes die Methode bei verschiedenen Strukturen, Organellen und Multiproteinkomplexen der Zelle anwenden.

Originalveröffentlichung:
Molecular resolution imaging by post-labeling expansion single-molecule localization microscopy (Ex-SMLM), Nature Communications, 7. Juli 2020

Fakten, Hintergründe, Dossiers

Mehr über Uni Würzburg

  • News

    Neue molekulare Sonden für Opioid-Rezeptoren

    Für die Verbesserung der Schmerztherapie könnte es ein wichtiger Fortschritt sein: Dank neu entwickelter molekularer Sonden lässt sich das Verhalten einzelner Opioid-Rezeptoren jetzt sehr genau untersuchen. Starke Schmerzmittel sind bei der Therapie von Krebs und Herzinfarkten sowie in der ... mehr

    Falschparkern in Krebszellen auf der Spur

    In Plattenepithelkarzinomen sorgt ein spezielles Protein dafür, dass unbenötigte Proteine nicht mehr entsorgt werden. Ein Forschungsteam der Universität Würzburg hat dieses Protein erstmals ausgeschaltet. Plattenepithelkarzinome sind eine sehr außergewöhnliche Krebsart. Sie treten in viele ... mehr

    Virenvermehrung in 3D

    Vaccinia-Viren dienen als Impfstoff gegen menschliche Pockenerkrankungen und als Basis neuer Krebstherapien. Zwei Studien liefern jetzt faszinierende Einblicke in deren ungewöhnliche Vermehrungsstrategie auf atomarer Ebene. Damit Viren sich vermehren können, benötigen sie in der Regel die ... mehr

  • q&more Artikel

    Multinationale Medikamente

    Während in den 90er-Jahren des letzten Jahrhunderts 80 % aller Wirkstoffe und Hilfsstoffe in Europa bzw. in den USA produziert wurden, werden heute nahezu alle Ausgangsstoffe zur Herstellung von Arzneimittel in China und Indien hergestellt. Dies gilt nicht nur für die einzelnen Stoffe, sond ... mehr

    Hightech im Bienenvolk

    Vitale Bienenvölker sind von höchster Relevanz für die Aufrechterhaltung der natürlichen Diversität von Blütenpflanzen und die globale pflanzliche Nahrungsmittelproduktion, die zu 35 % von Insektenbestäubern abhängt, unter denen die Honigbiene (Apis mellifera) die überragende Rolle spielt. ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Jürgen Tautz

    Jg. 1949, studierte Biologie, Geographie und Physik an der Universität Konstanz und promovierte dort über ein sinnesökologisches Thema. Nach Arbeiten zur Bioakustik von Insekten, Fischen und Fröschen gründete er 1994 die BEEgroup an der Universität Würzburg, die sich mit Grundlagenforschung ... mehr

    Prof. Dr. Ulrike Holzgrabe

    Ulrike Holzgrabe (Jg. 1956) studierte Chemie und Pharmazie in Marburg und Kiel. Nach Approbation und Promotion folgte die Habilitation für Pharmazeutische Chemie 1989 ­in Kiel. Sie hatte eine Professur in Bonn (1990-1999), lehnte C4-Rufe nach Tübingen und Münster ab und folgte dem Ruf nach ... mehr

  • Videos

    Hightech im Bienenvolk

    mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von:

 

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.