Optischer Traktorstrahl fixiert Bakterien

  • 15. December 2016

Neues Verfahren zeigt dreidimensionale Struktur der DNA mit hoher Auf­lösung.

Wenn Wissenschaftler Blutzellen, Algen oder Bakterien mit dem Mikro­skop unter­suchen wollen, müssen sie diese Zellen bisher auf einem Träger­material befes­tigen. Forscher der Unis Biele­feld und Frank­furt am Main haben jetzt eine Methode entwickelt, mit der sich biolo­gische Zellen mit einem Laser­stahl fest­halten und dabei mit höch­ster Auf­lösung unter­suchen lassen. Mit diesem „Traktor­strahl“ gelangen ihnen hoch­auf­lösende Auf­nahmen der DNA in einzel­nen Bakterien.

Bakterium

Abb.: Aufnahme der Verteilung der Erb­infor­mation in einer Escherichia coli-Bakterien­zelle. (Bild: U. Biele­feld)

„Unsere neue Methode ermöglicht es, Zellen, die nicht an Ober­flächen ver­ankert werden können, mittels einer optischen Falle mit sehr hoher Auf­lösung zu unter­suchen. Die Zellen werden mit einer Art optischem Traktor­strahl festge­halten“, sagt Thomas Huser von der Uni Biele­feld. „Das Besondere ist, dass die Proben nicht nur ohne Träger­material fixiert werden, sie lassen sich darüber hinaus auch drehen und wenden. Der Laser­strahl fungiert als verlän­gerte Hand für mikro­skopisch kleines Hantieren.“

Die Forscher haben das Verfahren für den Einsatz in der hoch­auf­lösenden Fluores­zenz­mikro­skopie weiter­ent­wickelt. Sie gilt als Schlüssel­techno­logie in der Bio­logie und Bio­medizin, weil damit erst­mals biolo­gische Pro­zesse auf einer Größen­skala in lebenden Zellen unter­sucht werden können, die bisher der Elek­tronen­mikro­skopie vorbe­halten war. Für Auf­nahmen mit solchen Mikro­skopen reichern Forscher die zu unter­suchenden Zellen mit Farb­stoffen an, die zu leuchten beginnen, wenn ein Laser­strahl auf sie gerichtet ist. Mit einem Sensor lässt sich diese Fluores­zenz­strahlung auf­zeichnen, damit sind sogar drei­dimen­sionale Auf­nahmen der Zelle möglich.

Bei der neuen Methode dient den Forschern ein zweiter Laser­strahl als optische Falle, um die Zellen unter dem Mikro­skop schweben zu lassen und gezielt zu bewegen. „Der Laser­strahl ist sehr intensiv, aber für das Auge unsicht­bar, weil es sich um Infra­rot­licht handelt“, sagt Robin Diek­mann von der Uni Biele­feld. „Wird dieser Laser­strahl auf eine Zelle gelenkt, ent­stehen inner­halb der Zelle Kräfte, welche die Zelle im Fokus des Strahls fest­halten.“ Den Wissen­schaftler gelang es, mit ihrer Methode Bakterien­zellen so festzu­halten und zu drehen, dass die Zellen von mehreren Seiten abge­bildet werden können. Dank der Drehung konnten die Forscher die drei­dimen­sionale Struktur der DNA mit einer Auf­lösung von etwa einem Zehntel Mikro­meter unter­suchen. Huser und sein Team wollen die Methode so weiter­ent­wickeln, dass sie damit das Zusam­men­spiel von lebenden Zellen beob­achten können. Damit könnten sie zum Beispiel unter­suchen, wie Krank­heits­erreger in Zellen ein­dringen.

U. Bielefeld / RK

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