Optische Pinzette fixiert Bakterien - Photonik

Optische Pinzette fixiert Bakterien

Wenn Blutzellen oder Bakterien mit dem Mikroskop analysiert werden, müssen diese bisher auf Trägermaterial befestigt werden. Nun lassen sich biologische Zellen mit einem Laserstahl fixieren und dabei mit höchster Auflösung untersuchen.

Bild: Uni Bielefeld
Aufnahme der Verteilung der Erbinformation in einer Escherichia coli-Bakterienzelle

Forschende, die biologische Zellen mikroskopieren wollen, stehen mitunter vor dem Problem, dass sich die Zellen durch die Vorbehandlung verändern. Viele Bakterien bevorzugen es, frei in Lösung schwimmen zu können. Ähnlich ist es bei Blutzellen: Sie sind ständig in schnellem Fluss und verharren nicht auf Oberflächen. Haften sie auf einer Oberfläche, so verändert sich ihr Aufbau und sie sterben.

Eine neue Methode, die an der Universität Bieldefeld entwickelt wurde, 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. 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 Bielefelder Physiker haben das Verfahren für den Einsatz in der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie weiterentwickelt. 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.

In 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“, beschreibt Robin Diekmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Biomolekulare Photonik. Wird dieser Laserstrahl auf eine Zelle gelenkt, entstehen innerhalb der Zelle Kräfte, welche die Zelle im Fokus des Strahls festhalten. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, mit ihrer Methode Bakterienzellen so zu fixieren und zu drehen, dass die Zellen von mehreren Seiten abgebildet werden können. Dank der Drehung konnten die Forscher die dreidimensionale Struktur der DNA mit circa 100 nm Auflösung untersuchen.

Prof. Thomas 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. Für die Entwicklung der neuen Methode arbeiteten die Bielefelder Wissenschaftler mit Prof. Mike Heilemann und Christoph Spahn von der Goethe-Universität Frankfurt am Main zusammen.

Originalveröffentlichung:

[R. Diekmann, D. Wolfson, C. Spahn, M. Heilemann, M. Schüttpelz, T. Huser, Nanoscopy of bacterial cells immobilized by holographic optical tweezers, Nat. Commun. 7 (2016), DOI: 10.1038/ncomms13711]

www.uni-bielefeld.de

 
© photonik.de 2017
Alle Rechte vorbehalten

Aktuelle Ausgabe BioPhotonik

BioPhotonik 01/2017

XING

Folgen Sie PHOTONIK auch auf XING

Weitere Titel

Aktuelle Ausgabe
Cover
Ausgabe 02/2017

Photonik ist Fachorgan für:

Termine

31.05.2017 - 31.05.2017
Kalibrierung des 2D- und 3D- Arbeitsfeldes von Laser-Scan-Systemen
Details »
31.05.2017 - 01.06.2017
Sicherheitskonzepte bei Industrielaseranlagen
Details »
01.06.2017 - 01.06.2017
Potenziale Integrierter Optischer Systeme (PIC)
Details »
06.06.2017 - 10.06.2017
118. Jahrestagung der DGaO
Details »
14.06.2017 - 14.06.2017
Surface Workshop
Details »