Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Methode liefert 3D-Bilder über die Chemie der Zelle

24.11.2014

Chemische Zusammensetzung biologischer Proben lässt sich nun kostengünstig dreidimensional untersuchen ‒ Tübinger und Schweizer Wissenschaftler entwickelten neues Verfahren

Wie Wirkstoffe in Zellen aufgenommen und wo sie dort verarbeitet werden, lässt sich nur indirekt über aufwändige Experimente nachweisen. Um die chemische Zusammensetzung solcher Proben abzubilden, kombinieren Wissenschaftler deshalb bildgebende Spektroskopieverfahren mit infrarotem Licht (für Menschen nicht sichtbar) mit besonderen Mikroskopiemethoden.


Metall-Carbonyl-Komplexe sind Modellsubstanz für pharmazeutische Wirkstoffe: Die dreidimensionale Darstellung zeigt, wie ein Metall-Carbonyl-Komplex in einer Zelle verteilt ist.

M. Obst/Universität Tübingen

Einem Team aus Tübinger und Schweizer Wissenschaftlern ist es nun erstmals gelungen, die Verteilung von molekularen Zellbestandteilen mit konventionellen Laborgeräten auch dreidimensional darzustellen. Das ist bahnbrechend, weil bisherige Abbildungen stets zweidimensional waren und sich nicht immer bestimmen ließ, in welchem Teil der Zelle ein chemischer Stoff zu finden ist.

Zwar konnten 2013 mit einem Elektronenbeschleuniger als Lichtquelle, einem „Synchrotron“, dreidimensionale Darstellungen erzeugt werden ‒ aber diese Methode lässt sich wegen hoher Kosten und beschränkten Zugangs zu Großforschungseinrichtungen nur eingeschränkt nutzen.

Die nun entwickelte Methode ist vergleichsweise kostengünstig und kann in der biologischen und pharmazeutischen Forschung sowie der Umweltforschung eingesetzt werden: Dr. Martin Obst und Professor Marcus Nowak vom Fachbereich Geowissenschaften der Universität Tübingen sowie die Schweizer Wissenschaftler Dr. Luca Quaroni (Université de Fribourg, Schweiz, derzeit Functional Genomics Center Zurich) und Professor Fabio Zobi (Université de Fribourg, Schweiz) koppelten dafür ein in Tübingen entwickelten Tomografiegerät mit einem modernen Infrarot-Labormikroskop, das mit einem bildgebenden Detektor ausgestattet ist.

Dieses nimmt in Kippserientechnik Projektionen der Zellproben in 38 verschiedenen Winkeln auf und liefert eine detaillierte spektromikroskopische Bildfolge, aus der sich der dreidimensionale chemische Aufbau der Zellen rekonstruieren lässt. Die Wissenschaftler erzeugten mit dem neuen Ansatz Abbildungen der dreidimensionalen Verteilung von molekularen Zellbestandteilen, ohne dass die Zelle dafür angefärbt oder in irgendeiner Weise verändert werden musste, wie dies etwa für eine Untersuchung mit sichtbaren Licht nötig ist. Das Team konnte zudem die Verteilung eines Metall-Carbonyl-Komplexes – einer Modellsubstanz für eine Klasse neuartiger pharmazeutischer Wirkstoffe – in einer einzelnen Zwiebelzelle abbilden und die Anreicherung der Substanz im Zellkern mengenmäßig erfassen.

Nach Einschätzung der Forscher wird die Möglichkeit, derartige dreidimensionale analytisch-mikroskopische Untersuchungen mit konventionellen Laborgeräten durchzuführen, bei Wissenschaftlern in der biologischen und pharmazeutischen Forschung auf großes Interesse stoßen. Die Tübinger Geowissenschaftler Martin Obst und Marcus Nowak selbst werden die Methode in der Umweltforschung und der Vulkanologie anwenden.

So untersucht Martin Obst beispielsweise im Schwarzwald, wie sich in sogenannten Biofilmen Metalle aus Bergbauabwässern anreichern. Diese Biofilme bestehen aus bis zu zentimeterdicken Schichten von Mikroorganismen und bilden sich fast überall dort, wo Wasser in Bergwerksstollen austritt. Marcus Nowak untersucht die räumliche Verteilung von gelöstem Wasser und Kohlendioxid in vulkanischen Gläsern, um Erkenntnisse über Entgasungsprozesse während vulkanischer Eruptionen zu erlangen.

Originalpublikation:
Quaroni L., Obst M., Nowak M., Zobi F.: Three-Dimensional Mid-Infrared Tomographic Imaging of Endogenous and Exogenous Molecules in a Single Intact Cell with Subcellular Resolution. Angewandte Chemie International Edition. Online-Vorabveröffentlichung am 13. November 2014, DOI: 10.1002/anie.201407728

Kontakt:
Dr. Martin Obst
Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät,
Fachbereich Geowissenschaften - AG Umweltanalytische Mikroskopie
Telefon: +49 – 07071 29-74701
martin.obst[at]uni-tuebingen.de

Antje Karbe | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neurobiologie - Die Chemie der Erinnerung
21.11.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Diabetes: Immunsystem kann Insulin regulieren
21.11.2017 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

Raumfahrtkolloquium: Technologien für die Raumfahrt von morgen

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wasserkühlung für die Erdkruste - Meerwasser dringt deutlich tiefer ein

21.11.2017 | Geowissenschaften

Eine Nano-Uhr mit präzisen Zeigern

21.11.2017 | Physik Astronomie

Zentraler Schalter

21.11.2017 | Biowissenschaften Chemie