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Göttinger Forscher kombinieren Licht- und Röntgenmikroskopie für umfassenden Einblick

07.09.2018

„Und man siehet die im Lichte. Die im Dunkeln sieht man nicht.“ Wie in der Dreigroschenoper von Bertold Brecht galt bisher auch in der Zelle: Nur was im Licht ist, wird gesehen. Forscherinnen und Forscher der Universität Göttingen sind nun einen Schritt weitergegangen: Mit einem neuartigen Mikroskopieverfahren konnten sie sowohl die beleuchtete als auch die „dunkle Seite“ der Zelle sichtbar machen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Das Team unter der Leitung von Prof. Dr. Tim Salditt und Prof. Dr. Sarah Köster vom Institut für Röntgenphysik „heftete“ dafür sogenannte Leuchtmoleküle an die Zellmoleküle.


STED-Aufnahme (links) und Röntgen-holographische Abbildung (rechts) derselben Herzmuskelzelle einer Ratte.

Universität Göttingen


Dr. Markus Osterhoff, Haugen Mittelstädt, Andrew Wittmeier (hinten von links), Prof. Dr. Tim Salditt, Dr. Marten Bernhardt, Prof. Dr. Sarah Köster (vorne von links)

Universität Göttingen

Durch das kontrollierte Hell- und Dunkelschalten der Leuchtmoleküle in Teilbereichen des Bildes lassen sich Zellmoleküle trennscharf lokalisieren und ihre Wechselwirkungen darstellen. Um auch die nicht-beleuchteten Bestandteile der Zelle abzubilden, arbeitete das Göttinger Team mit einem speziellen Mikroskopieverfahren.

Dieses kombiniert ein Lichtmikroskop nach dem STED-Prinzip (Stimulated Emission Depletion), welches den beleuchteten Bereich der Zelle darstellt, mit einem Röntgenmikroskop, welches den nicht beleuchteten Bereich der Zelle darstellt.

„Mit dem neuartigen Röntgen-STED-Mikroskop haben wir Herzmuskelzellen aufgenommen“, erklärt Marten Bernhardt, Erstautor der Veröffentlichung. „Die darin enthaltenen Proteinnetzwerke wurden im STED-Modus abgebildet. Diese STED Aufnahmen konnten wir dann in die Röntgenaufnahmen der Zelle einpassen. Beide Aufnahmen werden praktisch direkt hinter einander aufgenommen“, so Bernhardt.

„Durch die komplementären Kontraste versprechen wir uns ein vollständigeres Verständnis der Kontraktion von Herzmuskelzellen und ihrer Krafterzeugung'', ergänzt Salditt.

Bei der Konzeption des STED-Mikroskops arbeiteten die Wissenschaftler eng mit dem Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY, einem Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft, und der von Nobelpreisträger Prof. Dr. Stefan W. Hell gegründeten Firma Abberior zusammen.

„In Zukunft wollen wir so auch dynamische Prozesse in lebenden Zellen beobachten'', schließt Köster, Sprecherin des Göttinger Sonderforschungsbereich „Kollektives Verhalten weicher und biologischer Materie“', in dessen Forschungsprogramm die Experimente integriert sind.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Tim Salditt
Georg-August-Universität Göttingen
Institut für Röntgenphysik
Friedrich-Hund-Platz 1
37077 Göttingen
Telefon: (0551) 39-5556
E-Mail: tsaldit@gwdg.de
Internet: www.uni-goettingen.de/de/569167.html

Originalpublikation:

M. Bernhardt et al. Correlative microscopy approach for biology using x-ray holography, x-ray scanning diffraction, and STED microscopy. Nature Communications (2018) DOI: 10.1038/s41467-018-05885-z

Thomas Richter | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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