01.03.2021 • Photonik

Wie Photoblueing die Mikroskopie stört

Molekularer Mechanismus des Photoblueing für Cyaninfarbstoffe aufgedeckt.

Neueste Entwick­lungen der Fluoreszenz-Mikroskopie erlauben es, einzelne Moleküle in Zellen oder Molekül­komplexen mit einer räumlichen Auflösung von bis zu zwanzig Nanometer abzubilden. Dabei tritt aber unter Umständen ein Effekt auf, der die Ergebnisse verfälscht: Das verwendete Laserlicht kann in der Probe sehr reaktive Sauerstoff­moleküle entstehen lassen. Diese können dann die einge­setzten Fluoreszenz-Farbstoffe so stark beschädigen, dass sie nicht mehr fluores­zieren. Unter Mikroskopie-Fachleuten ist dieser Effekt unter dem Namen Photo­bleaching bekannt. Verschiedene Fluoreszenz-Farbstoffe können durch Photo­bleaching aber auch so umgewandelt werden, dass sie Licht von kürzerer Wellen­länge absorbieren. Ein zuvor rot fluores­zierender Farbstoff leuchtet dann grün. Seine Fluoreszenz wurde auf der Wellen­längen­skala zum blauen Bereich hin verschoben. Daher heißt dieser Effekt Photo­blueing. Ein Team um Markus Sauer von der Uni Würzburg präsentiert jetzt erstmals den exakten molekularen Mechanismus des Photo­blueing für Cyanin­farbstoffe wie Cy5.

Abb.: Drei Farb­stoffe, die für die Fluores­zenz-Mikro­skopie ver­wendet...
Abb.: Drei Farb­stoffe, die für die Fluores­zenz-Mikro­skopie ver­wendet werden: Der Carbo­rhodamin-Farb­stoff (rechts) zeigt ein effi­zien­teres Photo­blueing als die beiden Cyanin­farb­stoffe. (Bild: Team M. Sauer, JMU)

„Weil wir den Mechanismus so exakt verstanden haben, gelang es uns, das Photo­blueing durch einfache Zusätze wie Vitamin C zu verhindern oder es durch die Zugabe einer Art Katalysator zu erhöhen“, sagt Sauer. Das Photo­blueing zu unter­binden, kann durchaus wichtig sein. Der Effekt kann zwar nur wenige Prozent des einge­setzten Farbstoffs betreffen, trotzdem aber zu Fehlern oder Fehl­inter­preta­tionen der Mikroskopie führen, zum Beispiel bei Energie­transfer-Experi­menten. Das liegt daran, dass die umgewandelten Farbstoffe ebenso hoch­empfind­lich detektiert werden wie die Ausgangs­produkte.

„Unsere Ergebnisse zeigen, welche Farbstoffe davon betroffen sind und wie man das Photo­blueing durch einfache Puffer­zusätze verhindern kann“, fasst Sauer die Ergebnisse seines Teams zusammen. „Sie zeigen aber ebenso, wie man das Photo­blueing eventuell vorteil­haft für die Fluoreszenz-Bildgebung und für die Verfolgung von einzelnen, gezielt umgewandelten Farbstoff­molekülen einsetzen kann.“

Genau das will Sauers Team als nächstes angehen: Das Photo­blueing soll unter anderem für die gezielte Verfolgung einzelner bakterieller und viraler Partikel bei Infektions­prozessen weiter­entwickelt werden.

JMU / RK

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