Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Punkt für Punkt zum Gesamtbild: Forscherteam entwickelt bahnbrechendes Mikroskopieverfahren

06.12.2011
In deutlich weniger Zeit und mit deutlich geringerem Aufwand als bisher gelingen mit einer in der Gruppe des Jenaer Mikroskopie-Experten Prof. Dr. Rainer Heintzmann entwickelten Auswertungssoftware Bilder aus lebenden Zellen. Seine Forschungsergebnisse erschienen jetzt online in der renommierten Zeitschrift Nature Methods.

Seit holländische Brillenmacher um 1680 mit den ersten einfachen Mikroskopen winzige einzellige Tierchen und Bakterien entdeckten, streben Wissenschaftler danach, mit Hilfe immer raffinierterer Methoden den Geheimnissen des Lebens auf die Spur zu kommen. Dabei müssen sie immer aufs Neue die Grenzen der Technik bezwingen.

So ist es Forschern in den letzten Jahren durch geschicktes Ausnutzen der Probeneigenschaften bereits gelungen das Abbe’sche Beugungslimit zu überwinden, demzufolge sich keine Details auflösen lassen, die kleiner als die halbe Wellenlänge des verwendeten Lichts sind. „Inzwischen gibt es einen ganzen Werkzeugkasten an hochauflösenden Methoden, die die Grundannahmen von Abbe’s Theorie umgehen. Sie beruhen entweder auf einer nichtproportionalen Probenantwort oder setzen vergleichbar mit dem Malstil des Pointillismus‘ aus Einzelmolekülpositionen Bilder zusammen“, erläutert Rainer Heintzmann, Leiter der Abteilung Mikroskopie am Institut für Photonische Technologien (IPHT) in Jena.

Beim Pointillismus besteht das gesamte Bild aus sehr vielen kleinen Farbtupfern. Vergleichbar damit werden bei pointillistischen Mikroskopie-Verfahren wie PALM oder dSTORM höchste Auflösungen erreicht, in dem man mit einem Farbstoff arbeitet, dessen Moleküle unter dem Mikroskop zu verschiedenen Zeiten zufällig aufblinken und so einzelne, dicht beieinander liegende Punkte sichtbar werden lassen. „Bisher war es allerdings nötig rund 10.000 Einzelbilder aufzunehmen, um daraus ein pointillistisches Gesamtbild einer Struktur errechnen zu können, was oft viele Minuten Aufnahmezeit in Anspruch nimmt“, beschreibt Physiker Heintzmann, der an der Uni Jena einen Lehrstuhl für Physikalische Chemie innehat, das bisherige Verfahren. Susan Cox aus Heintzmann’s Forschungsgruppe und Edward Rosten ist es nun gemeinsam mit britischen und amerikanischen Kollegen gelungen, eine Software zu entwickeln, mit der man nur noch rund 200 Videobilder für ein pointillistisches hochauflösendes Bild aufnehmen muss. Hierbei überlappen sich in jedem Einzelbild im Gegensatz zur herkömmlichen Methode viele Moleküle gegenseitig. So kann man nun innerhalb weniger Sekunden biologische Strukturen mit einer Auflösung von 50 Nanometern in lebenden Zellen abbilden. „Damit können wir nun erstmals wirklich lebende Prozesse in ganzen Zellen beobachten und verfolgen“, betont Heintzmann.

Und das führte schon bei der Erprobung der neuen Software zu bemerkenswerten Erkenntnissen. Untersucht haben Heintzmann und sein Team die „Zellfüsschen“ (Podosomen) von Vorgängern menschlicher Fresszellen (Makrophagen). Makrophagen stehen an vorderster Front des Immunsystems, wenn es um die Abwehr von eindringenden Krankheitserregern geht. Ihre Podosomen sind aufgebaut aus einem Kern und einem diesen umgebenden Ring aus verschiedenen Eiweißen. „Bisher glaubte man, dass dieser Ring mehr oder weniger rund ist und dass sich die Podosomen langsam über mehrere Minuten in ihrer Form verändern“, erklärt Heintzmann. „Dank der mit unserem neuen Verfahren entstandenen Bilder wissen wir nun, dass der Ring der Zellfüsschen eine vieleckige Struktur aus einzelnen Stäben und Gelenken hat und sich sehr dynamisch, etwa im Zehn-Sekunden-Takt, verändert.“

Bayesian localization microscopy reveals nanoscale podosome dynamics.

Susan Cox, Edward Rosten, James Monypenny, Tijana Jovanovic-Talisman, Dylan T Burnette, Jennifer Lippincott-Schwartz, Gareth E Jones & Rainer Heintzmann:

Published online: 04 December 2011 | doi:10.1038/nmeth.1812

Ihr Ansprechpartner:

Prof. Dr.
Rainer Heintzmann
Abteilungsleiter Mikroskopie am IPHT
Lehrstuhl Physikalische Chemie I an der Uni Jena
Telefon +49 (0) 3641 206-431
Telefax +49 (0) 3641 206-399
rainer.heintzmann@ipht-jena.de

Dr. Andreas Wolff | idw
Weitere Informationen:
http://www.ipht-jena.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der erste Blick auf ein einzelnes Protein
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

nachricht Unterschiedliche Rekombinationsraten halten besonders egoistische Gene im Zaum
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön

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: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der erste Blick auf ein einzelnes Protein

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das menschliche Hirn wächst länger und funktionsspezifischer als gedacht

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zur Sicherheit: Rettungsautos unterbrechen Radio

18.01.2017 | Verkehr Logistik