Optischer Traktorstrahl fixiert Bakterien
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.
Abb.: Aufnahme der Verteilung der Erbinformation in einer Escherichia coli-
„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
