Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Scharfe Bilder ohne Phasenkontrast

18.02.2014
3D-Kryo-Elektronenmikroskopie: Neues Verfahren für Beobachtung der Zellstruktur

Die 3D-Kryo-Elektronenmikroskopie verschafft Wissenschaftlern einzigartige Einblicke in die Struktur biologischer Proben. Da die Zellen selbst relativ kontrastarm sind, kommt in der Regel das sogenannte Phasenkontrastverfahren zum Einsatz, das aber die Beschaffenheit der Proben und das Auflösungsvermögen einschränkt.


3D-Aufnahme einer Gruppe von Bakterien des Typs Agrobacterium tumefaciens mittels Kryo-STEM. Zur Vergrößerung auf das Bild klicken.

Quelle: Nature Methods/Sharon Grayer Wolf, Lothar Houben & Michael Elbaum (Verwendung mit Quellenangabe im Kontext der Berichterstattung über die zugrundeliegende Nature-Publikation erlaubt.)


Der Vergleich des gängigen Verfahrens TEM (links) mit STEM (rechts) anhand eines Querschnitts durch das Bodenbakterium Agrobacterium tumefaciens verdeutlicht Vorteile bei der 3D-Rekonstruktion der Aufnahmen. Die weißen Pfeile zeigen auf die Bakterien-Membran, die schwarzen auf künstliche, erst bei der Rekonstruktion entstandene Artefakte. Die STEM-Aufnahme benötigte nur die halbe Dosis des Elektronenstrahls. Zum Vergrößern auf das Bild klicken.

Quelle: Nature Methods/Sharon Grayer Wolf, Lothar Houben & Michael Elbaum (Verwendung mit Quellenangabe im Kontext der Berichterstattung über die zugrundeliegende Nature-Publikation erlaubt.)

Als Alternative haben Wissenschaftler des Ernst Ruska-Centrums und des israelischen Weizmann Institute of Science nun ein Verfahren vorgestellt, mit dem insbesondere auch dickere Proben in 3D hochaufgelöst erfasst werden können. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Methods (doi: 10.138/nmeth.2842) veröffentlicht.

Bei der 3D-Kryo-Elektronenmikroskopie werden die Proben zunächst schockgefroren und anschließend unter dem Elektronenmikroskop aus verschiedenen Winkeln durchleuchtet. Die Methode hat sich insbesondere bewährt, um unversehrte, wasserhaltige Objekte in ihrer natürlichen Umgebung zu untersuchen.

Diese lassen sich häufig nicht einfärben oder fixieren ohne wichtige Strukturmerkmale zu verlieren. Das Phasenkontrastverfahren beruht darauf, dass sich der Elektronenstrahl in der Probe mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreitet. Durch den entstandenen Phasenunterschied treten strukturelle Unterschiede deutlicher hervor. Diese Kontrastverstärkung hat aber ihren Preis. Sie verringert das Auflösungsvermögen und ist nur auf sehr dünne Proben anwendbar, da die Probe zur Erhöhung des Phasenkontrasts ein Stück weit aus dem Fokus gerückt wird.

Die sogenannte Raster-Transmissions-Elektronen-Mikroskopie (STEM, "scanning transmission electron microscopy") unterliegt dagegen nicht denselben Einschränkungen. Hierbei wird die Probe mit einem stark gebündelten Elektronenstrahl gerastert. Am Computer werden die Signale anschließend zu einem Bild zusammengesetzt. Zur Kontrastverstärkung wird dabei der an der Probe abgelenkte Anteil des Elektronenstrahls ausgenutzt. "Das Verfahren hat sich seit langem in der Materialforschung bewährt, etwa zur Untersuchung von Halbleitern. Bisher ging man aber davon aus, dass unbehandelte biologische Proben den Elektronenstrahl für STEM zu schwach streuen", erklärt Dr. Lothar Houben vom Ernst Ruska-Centrum (ER-C) für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen.

Durch eine unkonventionelle Anordnung der Detektoren und geeignete Gestaltung der Elektronensonde gelang es den Wissenschaftlern, den an der Probe gestreuten Elektronenstrahl dennoch zu erfassen. "Solche kleinen Streuwinkel hatte bisher einfach noch niemand bei der Messung ernsthaft berücksichtigt", so Houben, gleichzeitig tätig am Jülicher Peter Grünberg Institut.

Das neue Verfahren hat den Vorteil, dass es deutlich unempfindlicher auf diejenigen physikalischen Wechselwirkungen des Elektronenstrahls mit der Probe reagiert, bei denen das Elektron Energie auf die Probe überträgt anstatt nur abgelenkt zu werden. Letztere Prozesse sind aber bei organischen Proben dominierend. Damit ist STEM insbesondere dazu geeignet, dickere organische Proben vollständig in allen Raumdimensionen zu erfassen.

Originalpublikation:
Cryo-scanning transmission electron tomography of vitrified cells
Sharon Grayer Wolf, Lothar Houben & Michael Elbaum
Nature Methods (published online 16 February 2014), doi:10.1038/nmeth.2842
Download: http://www.nature.com/nmeth/journal/vaop/ncurrent/full/nmeth.2842.html

Weitere Informationen:
Ernst Ruska-Centrum (ER-C) für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen: http://www.er-c.org/centre/centre.htm
Peter Grünberg Institut, Mikrostrukturforschung (PGI-5):
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-5/DE/Home/home_node.html

Ansprechpartner:
Dr. Lothar Houben
Tel. 02461 61-8037
l.houben@fz-juelich.de
Pressekontakt:
Tobias Schlößer
Tel. 02461 61-4771
t.schloesser@fz-juelich.de

Tobias Schlößer | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Placebo-Effekt hilft nach Herzoperationen
11.01.2017 | Philipps-Universität Marburg

nachricht Innovation: Optische Technologien verändern die Welt
01.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise