Technologie

Eiskalte Bildgebung

31.05.2021 - Skalenübergreifende Kryo-Elektronenmikroskopie ermöglicht neuartige Einsichten in biologische Strukturen.

Kryo-Elektronen­mikroskopie (Kryo-EM) und Kryo-Elektronen­tomographie (Kryo-ET) ermöglichen der Forschung am Göttinger Exzellenz­cluster „Multiscale Bioimaging: von molekularen Maschinen zu Netzwerken erregbarer Zellen“ (MBExC), kleinste Strukturen in lebenden Zellen unverfälscht und nahe dem natürlichem Zustand abzubilden. „Mit dieser Technologie werden wir eine neue wissenschaftliche Dimension an die Universitäts­medizin Göttingen und die Universität Göttingen bringen“, sagt Rubén Fernández-Busnadiego. Er gilt als international anerkannter Experte für Kryo-EM und Kryo-ET. Um die Größen­skalen zwischen Struktur- und Zellbiologie zu überbrücken, wurde er im Rahmen des MBExC als Professor für Strukturelle Zellbiologie an die Universitäts­medizin Göttingen (UMG) berufen. Fernández-Busnadiego war feder­führend bei der Beantragung des Instrumentariums für die Hoch­leistungs­mikroskopie und leitet das Kryo-Elektronen­mikroskopie-Labor.
 

Bereits im letzten Jahr haben Fernández-Busnadiego und die Struktur­biologin Eri Sakata, neu-berufene MBExC-Forschungs­gruppen­leiterin am Institut für Auditorische Neuro­wissenschaften der UMG, in Kooperation mit Forschern der Universität und der UMG den Antrag für das Instrumentarium zur Hochleistungsmikroskopie auf den Weg gebracht. Im Dezember 2020 bewilligte die Deutsche Forschungs­gemeinschaft (DFG) im Rahmen des Förder­programms „Forschungs­großgeräte“ die investiven Mittel. Die Kosten von insgesamt rund 7,3 Millionen Euro für die Geräte­anschaffung und den erforderlichen Umbau der Räumlichkeiten werden vom Bund und dem Land Niedersachsen getragen.

„Dieser Erfolg stärkt Göttingen als Standort für biomedizinische Kryo-Elektronenmikroskopie. Mit skalen­übergreifender Bildgebung können wir jetzt die Grenze zwischen Struktur- und Zellbiologie überwinden“, sagt Tobias Moser, Direktor des Instituts für Auditorische Neurowissenschaften der UMG und Sprecher des Exzellenzclusters MBExC. 

Nicht zuletzt mit Bewilligung des Exzellenzclusters „Multiscale Bioimaging: von molekularen Maschinen zu Netzwerken erregbarer Zellen" (MBExC) wurde der Standort Göttingen als international führendes Zentrum für biologische Bildgebung bestätigt. Moderne Bildgebungs­techniken, wie Mikroskopie auch im Nanobereich, NanoSIMS, Magnet­resonanz­tomographie (MRT) sowie bildgebende Massenspektrometrie sind an der UMG und der Universität bereits gut etabliert.

Das Instrumentarium umfasst ein tomographiefähiges Kryo-Elektronenmikroskop, ein Kryo-fokussiertes-Ionenstrahl-Raster­elektronen­mikroskop, sowie ein Kryo-Licht­mikroskop. Zusätzlich steht Fernández-Busnadiego und seinem Team ein Gerät zur Verfügung, das es ermöglicht, biologische Proben „schockzufrosten“ und so in einen glasartigen Zustand zu versetzen (Vitrifizierung). Dieser erlaubt es, empfindliche Strukturen in molekularer Auflösung in nahezu natürlichem Zustand abzubilden. Dadurch können sie die komplizierten Details der zellulären Architektur von Nervenzellen sowohl im gesunden Zustand als auch im Zusammenhang mit neuro­degenerativen Erkrankungen enthüllen.

Das kürzlich angelieferte Instrumentarium wird in der Fakultät für Physik der Universität Göttingen in eigens dafür hergerichteten Räumlichkeiten mit entsprechend höchstem technischen Standard aufgestellt und betrieben. Die finanzielle Unterstützung für die erforderlichen Um- und Anbauten wurden vom Land Niedersachsen aus dem Niedersächsischen Vorab gewährt. UMG und Universität stellen zu gleichen Teilen erhebliche Mittel für die Betriebs- und Wartungskosten der Mikroskope bereit, um die Nachhaltigkeit der Investition zu gewähren. Die Kryo-EM/ET-Projekte werden durch den MBExC-finanzierten Anwendungs­spezialisten, Tat Cheng, Institut für Neuropathologie, UMG, und technisches Personal unterstützt. Auch kooperierende Forscher an der Universität und der Universitäts­medizin Göttingen sowie den assoziierten Netzwerken, wie den Sonderforschungsbereichen 803, 860, 889, 1002, 1190, und 1286 werden von diesen Technologien profitieren. 

Die Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) ist eine der leistungs­stärksten Technologien für die High-End-Struktur­aufklärung von natürlichen und synthetischen Einzelpartikeln, für deren Entwicklung im Jahr 2017 der Nobelpreis für Chemie vergeben wurde. Sie erlaubt nicht nur die Analyse der atomaren Strukturen in isolierten Makromolekülen und Komplexen, sondern sogar deren Beobachtung in ihrem natürlichen Kontext in lebenden Zellen. Dies ist wichtig, um zu verstehen, wie die zellulären Funktionseinheiten in Zellen arbeiten und reguliert werden, und wie deren Fehlfunktionen zu Erkrankungen führen. 

UMG / GAU / DE
 

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