Neun auf einen Streich

Mit der Fluoreszenzmikroskopie können Forscher Biomoleküle in Zellen sicht­bar machen. Sie mar­kieren die Mole­küle mit fluores­zierenden Sonden, regen diese mit Licht an und nutzen die dadurch ausge­löste Fluores­zenz, um ein mikro­skopisches Bild von den Struk­turen der Zelle zu gewinnen. „Eine große Schwierig­keit dabei ist die ein­deutige Unter­scheidung der vielen fluores­zierenden Sonden, die sich teil­weise sehr ähn­lich sind“, sagt Thomas Niehörster, Doktorand an der Uni Würz­burg. Um hier Fort­schritte zu erzielen, haben die Wissen­schaftler vom Bio­zentrum der Uni Würz­burg eine neue Strategie ent­wickelt. Sie verwenden zur Anregung der Sonden jetzt drei ab­wechselnd gepulste Laser mit ver­schiedenen Wellen­längen. Zusätz­lich nutzen sie Unter­schiede im Emissions­spektrum der Sonden und das zeit­lich leicht unter­schied­liche Ab­klingen der Fluores­zenz aus, das sich im Bereich von wenigen Nano­sekunden bewegt.

Aus diesem Versuchsaufbau erhalten sie komplexe Daten, die sie mit einer selbst ent­wickelten Soft­ware analy­sieren. Das ganze Verfahren namens sFLIM – a spectrally resolved fluores­cence life­time imaging micro­scopy – funktio­niert offen­bar bestens: „Am Ende können wir die fluores­zierenden Sonden mit bisher uner­reichter Genauig­keit vonein­ander unter­scheiden“, sagt Gruppen­leiter Markus Sauer. Auf diese Art lassen sich mit jedem der drei Laser jeweils fünf Fluores­zenz­sonden unter­scheiden, so dass theoretisch fünf­zehn verschiedene Strukturen gleich­zeitig dar­stellbar wären.

In der Praxis müssen sich die Forscher jedoch mit weniger zufrieden­geben. „Es ist schwierig, so viele verschiedene Zell­strukturen gleich­zeitig zu markieren, und es gibt dafür auch nur eine begrenzte Zahl von Sonden“, erklärt Niehörster. „Trotzdem ist es uns gelungen, neun Strukturen gleich­zeitig zu markieren und abzu­bilden.“ Dazu gehören zum Beispiel das F-Actin-Protein­gerüst des Zell­skeletts, die Hülle des Zell­kerns oder neu entstehende DNA. Durch die hohe Empfind­lich­keit des Verfahrens können außer­dem drei verschiedene Zell­strukturen gleich­zeitig mit dem­selben Fluores­zenz­farb­stoff markiert und am Ende trotz­dem klar unter­schieden werden. Das liegt daran, dass sich die Fluores­zenz­eigen­schaften je nach chemischer Umgebung in der Zelle gering­fügig verändern und damit unter­scheid­bar werden.

JMU / RK