Scharfe Bilder ohne Phasenkontrast
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.
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
Media Contact
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.deAlle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung
Aktuelle Meldungen und Entwicklungen aus fächer- und disziplinenübergreifender Forschung.
Der innovations-report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Mikrosystemforschung, Emotionsforschung, Zukunftsforschung und Stratosphärenforschung.
Neueste Beiträge
Neue universelle lichtbasierte Technik zur Kontrolle der Talpolarisation
Ein internationales Forscherteam berichtet in Nature über eine neue Methode, mit der zum ersten Mal die Talpolarisation in zentrosymmetrischen Bulk-Materialien auf eine nicht materialspezifische Weise erreicht wird. Diese „universelle Technik“…
Tumorzellen hebeln das Immunsystem früh aus
Neu entdeckter Mechanismus könnte Krebs-Immuntherapien deutlich verbessern. Tumore verhindern aktiv, dass sich Immunantworten durch sogenannte zytotoxische T-Zellen bilden, die den Krebs bekämpfen könnten. Wie das genau geschieht, beschreiben jetzt erstmals…
Immunzellen in den Startlöchern: „Allzeit bereit“ ist harte Arbeit
Wenn Krankheitserreger in den Körper eindringen, muss das Immunsystem sofort reagieren und eine Infektion verhindern oder eindämmen. Doch wie halten sich unsere Abwehrzellen bereit, wenn kein Angreifer in Sicht ist?…