Kombinierte Methode für die Zellmikroskopie

Die „dunkle Seite“ der Zelle sichtbar machen

Mit einem speziellen Mikroskopieverfahren konnte ein Göttinger Forscherteam sowohl den beleuchteten als auch den nicht beleuchteten Bereich einer Zelle sichtbar machen.

„Und man siehet die im Lichte. Die im Dunkeln sieht man nicht.“ Wie in der Dreigroschenoper von Bertold Brecht, so galt es bisher auch für die Zelle: Nur was im Licht ist, wird gesehen. Dem Team unter der Leitung von Prof. Dr. Tim Salditt und Prof. Dr. Sarah Köster vom Institut für Röntgenphysik der Universität Göttingen gelang es nun, auch die Zellbereiche im Dunkeln sichtbar zu machen.

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

Die Forscherinnen und Forscher „hefteten“ dafür sogenannte Leuchtmoleküle an die Zellmoleküle. 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. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

„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 hintereinander 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.

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

Publikation:
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

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