Molekulare Kamera macht Substanzen in Zellen sichtbar

Eine weltweit einzigartige an der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) entwickelte Untersuchungsmethode vereint die Vorteile von Mikroskop und Massenspektrometer: Mit dem neuen Gerät, das die Arbeitsgruppe des Chemikers Prof. Dr. Bernhard Spengler in der aktuellen Ausgabe von „Nature Methods“ vorstellt, lassen sich unzählige Stoffe dank Massenspektrometrie in biologischem Gewebe nachweisen und in ihrem chemischen Aufbau entschlüsseln.

Gleichzeitig gelingt wie mit einem Mikroskop die bildliche Darstellung der Stoffe in ihrer Anordnung – erstmals auch innerhalb einzelner Zellen. Bereits jetzt profitieren unterschiedliche Disziplinen innerhalb des lebenswissenschaftlichen Schwerpunkts der JLU von der Technik.

Das in der Arbeitsgruppe von Prof. Bernhard Spengler entwickelte Gerät arbeitet mit einem Laserstrahl, der auf einen winzigen Punkt – etwas größer als ein Mikrometer – gebündelt wird. Das entspricht einem Hundertstel des Durchmessers eines menschlichen Haares.

Der Computer erstellt anschließend aus unzähligen Punktmessungen der Gewebeprobe ein mikroskopisches Bild, das wie ein digitales Foto aus Pixeln besteht. Das Besondere: Die unterschiedlichen Farben stellen nicht das Aussehen der Gewebeprobe dar, sondern die verschiedenen in der Gewebeprobe entdeckten Substanzen.

Die Wissenschaftler nutzen das Gerät, das in seiner bildlichen Auflösung und Genauigkeit weltweit einzigartig ist, für unterschiedliche interdisziplinäre Fragestellungen in den Lebenswissenschaften. „Wir sind sehr froh, dass wir in Gießen eine Arbeitsgruppe haben, die diese neuartige Technik entwickelt und uns phantastische neue Möglichkeiten eröffnet“, betont Prof. Dr. Katja Becker, Biochemikerin an der Universität Gießen. Die Forscherin hat unlängst gemeinsam mit der Arbeitsgruppe Spengler die Verteilung von Malariaerregern in Gewebeproben untersucht.

Auch die JLU-Agrarwissenschaftler profitieren von der neuen Technik: „Mit der bildgebenden Massenspektrometrie können wir den Pilzbefall von Getreide nun sehr viel genauer untersuchen und verstehen. Das eröffnet uns ganz neue Möglichkeiten der Forschung in der Landwirtschaft“, sagt Dr. Sven Gottwald.

Als ein Beispiel der Leistungsfähigkeit der Methode haben die Gießener Wissenschaftler das Innenleben eines Pantoffeltierchens untersucht. „Pantoffeltierchen sind sehr kleine einzellige Lebewesen, die wir mit hoher Auflösung massenspektrometrisch untersuchen konnten“, erklärt Mario Kompauer, der als Doktorand das neue Gerät aufgebaut hat. „Dieses schöne Beispiel zeigt, dass wir den chemischen Aufbau einzelner Zellen genau abbilden und damit auch biologische Vorgänge sehr genau beschreiben können“, sagt Dr. Sven Heiles, Habilitand der Arbeitsgruppe. Bei ihren Arbeiten kam ihnen durch Zufall auch ein unerwartetes Ereignis unter die „molekulare Kamera“: Ein Rädertierchen verspeist ein Pantoffeltierchen – zu erkennen und in unterschiedlichen Farben dargestellt über zwei Substanzen, die für Rädertierchen beziehungsweise für Pantoffeltierchen typisch sind.

Publikation:
Kompauer et al.: „Atmospheric pressure MALDI mass spectrometry imaging of tissues and cells at 1.4 µm lateral resolution“, Nature Methods (Advance Online Publication 14. November 2016)
DOI 10.1038/nmeth.4071 http://dx.doi.org/

Kontakt:

Prof. Dr. Bernhard Spengler
Institut für Anorganische und Analytische Chemie
Heinrich-Buff-Ring 17, 35392 Gießen
Telefon: 0641 99-34800/-01
E-Mail: Bernhard.Spengler@anorg.chemie.uni-giessen.de

https://www.uni-giessen.de/fbz/fb08/Inst/iaac/spengler
http://www.nature.com/nmeth/journal/vaop/ncurrent/full/nmeth.4071.html