27.10.2020

Mikroben auf der Spur

Neues System zur Raman-Spektroskopie soll Standardwerkzeug für Mikrobiologie werden.

Es kann sehr wertvoll sein zu erfahren, was passiert, wenn Mikro­organismen untereinander oder mit höher entwickelten Lebewesen interagieren. Bakterien beispielsweise produzieren häufig Substanzen, die möglicherweise die Grundlage für neue Arznei­wirkstoffe oder Antibiotika liefern. Um solche Prozesse beobachten zu können, nutzen Forscher moderne Bild­gebungs­verfahren – wie die Raman-Spektroskopie. Diese Untersuchungs­methode erforschen die  Wissenschaftler seit Jahren an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, entwickeln sie weiter für verschiedene Disziplinen und integrieren sie in kommerzielle Anwendungen. Im Rahmen des Projektes „Untersuchung mikrobieller Interaktionen mithilfe von Raman-Spektroskopie“ – kurz: „Microverse-Raman“ – wollen sie nun ein Raman-Mikroskop für die Mikrobiologie zur Verfügung stellen, durch das diese diese Methode flexibel einsetzbar wird, um eine breite Palette an möglichen biologischen Proben und Biomolekülen zu untersuchen. Das Land Thüringen unterstützt dieses Vorhaben mit 400.000 Euro.
 

Abb.: Mit einem Raman-Mikro­spektroskop erfasst Marcel Dahms die spezifischen...
Abb.: Mit einem Raman-Mikro­spektroskop erfasst Marcel Dahms die spezifischen Schwingungs­spektren von auf einem Chip gefangenen Bakterien. (Bild: S. Döring / IPHT)

Während der Raman-Spektroskopie wird Laserlicht an den Molekülen der Probe inelastisch gestreut, wodurch diese mit größerer Amplitude schwingen. Die entstehenden Schwingungs­muster werden ausgelesen und liefern molekulare Informationen zur chemischen und biochemischen Zusammen­setzung der Probe. „Die Untersuchungs­methode eignet sich für die Mikrobiologie besonders gut, da keine große Probenvorbereitung notwendig ist und die Mikroben praktisch in vivo beobachtet werden können“, erklärt Jürgen Popp von der Universität Jena, der das Projekt leitet. „Setzen die Bakterien beispielsweise während der Interaktion mit einem Organismus, etwa einem Pilz, eine Substanz frei, so lässt sich genau überprüfen, welche Stämme – also von den Biologen charakterisierte Genotypen – für die Produktion verantwortlich sind und in welcher zeitlichen Abfolge das Ganze passiert“, ergänzt seine Kollegin Anja Silge. 

Popp und sein Team haben bereits einige Projekte mit solchen Fragestellungen durch individuelle Lösungen unterstützt – vor allem im Rahmen des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ sowie der Sonder­forschungs­bereiche ChemBioSyS und AquaDiva der Universität Jena, das sich der Erforschung mikrobieller Interaktionen widmet. „Mit dem neuen System wollen wir den Kollegen aus der Mikrobiologie nun diese leistungsstarke Technologie noch zugänglicher machen, ihre Nutzung noch stärker strukturieren, standardisieren und somit etablieren“, sagt der Jenaer Chemiker und wissenschaftliche Direktor des dortigen Leibniz-Instituts für Photonische Technologien. Sie werde ein wesentlicher Baustein im „Imaging Center“ des Exzellenz­clusters sein, das verschiedene moderne Bildgebungs­verfahren bereithält.

Das neue Gerät wird beispielsweise eine Inkubations­kammer besitzen, die optimale Voraussetzungen für die aus lebenden Zellen bestehenden Proben schafft, sowie mit flexibel einstellbaren Lichtquellen versehen sein, bei denen sich die Wellenlängen variieren lassen. Das ist notwendig, da sich so ganz unterschiedliche Ebenen in den Blick nehmen lassen. „Wenn man etwa eine Blutzelle untersucht, erhält man mit einer Wellenlänge sämtliche Informationen zu den vorhandenen Molekülen. Wechselt man dann auf blaues Licht, so kann man selektiv Moleküle mit spezifischen Eigenschaften beobachten“, erklärt Jürgen Popp. 

Darüber hinaus beraten die Projektmitarbeiter bei der Anwendung der Raman-Spektroskopie, geben Hilfestellung beim Versuchs­aufbau und bei der Auswertung gewonnener Daten. Die neue Forschungs­infrastruktur untermauert somit einmal mehr den Status Jenas als wichtiges Zentrum für diese Untersuchungs­methode. Denn sie hilft nicht nur Fragestellungen aus der Mikrobiologie zu beantworten, sondern liefert auch regelmäßig wertvolle Informationen für Projekte aus der Chemie, der Physik oder den Material­wissenschaften. „Wir sind vermutlich die weltweit größte Forschungseinheit, die so vielseitig Raman-Spektroskopie einsetzt“, fasst Jürgen Popp zusammen. „Aus dieser Position heraus arbeiten wir zudem intensiv daran, verstärkt medizinische Anwendungen für die Methode zu entwickeln, etwa für die Erkennung von Antibiotika-Resistenzen.“ 

FSU / DE
 

Weitere Infos

ContentAd

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Die HiPace 10 Neo ist ein effizienter, kompakter Allrounder für den Prüfalltag, der geräuscharm und besonders energieeffizient ist.

Weiterbildung

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie
TUM INSTITUTE FOR LIFELONG LEARNING

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie

Vom eintägigen Überblickskurs bis hin zum Deep Dive in die Technologie: für Fach- & Führungskräfte unterschiedlichster Branchen.

Meist gelesen

Themen