3D-Kamera für Analyse von Parasiten

  • 25. September 2017

Einzigartiges Massenspektrometer macht Oberflächen von Tieren und Pflanzen sichtbar.

Die Natur besteht aus Ober­flächen und Abgren­zungen wie Orga­nellen, Zell­wänden oder Haut. Ein großer Teil der Kommu­nikation von Lebe­wesen verläuft über diese Oberflächen. Während die analy­tischen Wissen­schaften in den vergangenen Jahr­zehnten enorm zur Aufklärung und dem Verständnis von Lebens­vorgängen in Populationen, in Körpern, in Organellen und in den Zellen tierischen oder pflanz­lichen Ursprungs beige­tragen haben, lagen die Obe­rflächen solcher Lebe­wesen bislang weitgehend im Dunkeln. Eine neuartige Apparatur und Methodik liefert nun erstmals sowohl molekulare als auch topo­graphische Information von den Ober­flächen und Kontakt­flächen von Tieren und Pflanzen.

Abb.: Mit dem massenspektrometrischen Mikroskop entstand dieses 3D-Oberflächenbild eines Pärchenegels mit farblich marktierten Biomolekülen. (Bild: B. Spengler)

Abb.: Mit dem massenspektrometrischen Mikroskop entstand dieses 3D-Oberflächenbild eines Pärchenegels (Schistosoma mansoni) mit farblich marktierten Biomolekülen. (Bild: B. Spengler)

Mit dem nun von Forschern der Uni­versität Geißen vorge­stellten neuen massen­spektro­metrischen Mikroskop lassen sich Substanzen, die zum Beispiel der Kommu­nikation oder Steuerung zwischen Mitgliedern bestimmter Popu­lationen dienen, in ihrem chemischen Aufbau erkennen und gleichzeitig in einem drei­dimensionalen Bild einer Oberfläche darstellen. Das in der Arbeits­gruppe von Bernhard Spengler, Institut für Anor­ganische und Ana­lytische Chemie, entwickelte Gerät benutzt dazu einen Laser­strahl, der auf einen sehr kleinen Punkt mit einem Durch­messer von wenigen Mikro­metern gebündelt wird. Um diesen Laserpunkt in die jeweils richtige Höhe auf einer gewölbten Oberf­läche zu bringen, benutzen die Wissen­schaftler ein selbst entwickeltes Autofokus­system, wie es in ähnlicher, einfacherer Form zum Beispiel in Kameras verwendet wird.

„Von einer Oberfläche wird punkt­weise die Zusammen­setzung eines mikrometer­großen Gebietes bestimmt“, erklärt Mario Kompauer, Doktorand der Arbeits­gruppe. „Für jeden einzelnen Punkt wird dabei schrittweise im Mikrometer­maßstab die jeweilige Höhe gemessen und angepasst, die Stelle analysiert und anschließend vom Computer zu einem drei­dimensionalen Bild der Ober­fläche zusammen­gesetzt.“ Dieses Bild zeigt nicht nur die Form des Objektes, sondern auch seinen stofflichen Aufbau.

Mit dem weltweit einzig­artigen neuen Gerät kann die Arbeits­gruppe gemeinsam mit Wissen­schaftlern aus der Biologie und der Medizin zahl­reiche Fragen beantworten. Neben den Oberflächen von Blättern oder pilz­befallenem Saatgut ist seit kurzem auch die Oberfläche eines Wurm­parasiten von besonderem Interesse.„"Wir sind begeistert, dass wir mit der neuen analy­tischen Techno­logie nun zum Beispiel die Oberfläche von Schis­tosomen, das soge­nannte Tegument, im Paarungs­zustand untersuchen können“, sagt Christoph G. Grevelding, Para­sitologe an der Universität Gießen. Die Paarung ist eine Voraus­setzung für den Lebens­zyklus dieser Parasiten, die die Krankheit Bilhar­ziose hervor­rufen. Die tödliche, aber dennoch vernach­lässigte Tropen­erkrankung wird von den zwei­geschlechtlichen Schistosomen verursacht, die auch Pärchen­egel genannt werden.

„Wenn man den im mensch­lichen Körper statt­findenden, dauer­haften Paarungs­zustand der Schisto­somen unterbrechen könnte, ließe sich möglicher­weise die tödliche Parasitenerkrankung heilen und weltweit dauerhaft zurückdrängen“, meint Sven Heiles, Habilitand in der Arbeits­gruppe der Massen­spektro­metriker. Was sich da auf der Oberfläche dieser nur wenige Mikrometer großen Würmer abspielt und die Paarung hervorruft und aufrecht erhält, wollen die Wissen­schaftler nun mit der neuen dreidi­mensionalen Oberflächen­analytik unter­suchen.

U. Gießen / JOL

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