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Verfahren "eröffnet neue Dimension" Elektronenmikroskop-Bilder werden bunt

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In der herkömmlichen elektronenmikroskopische Aufnahme (l.) ist es schwierig, Form und Funktion von zwei hippocampalen Astrozyten zu unterscheiden. Die rechte Aufnahme markiert die zwei Astrozyten farblich - grün für Cer und rot für Praseodym.

Image courtesy of Stephen Adams, NCMIR, UC San Diego

Bisher waren Aufnahmen von Elektronenmikroskopen schwarzweiß - nun bereichern Forscher sie um Farben. Damit sind Strukturen in Zellen und Bakterien viel besser zu sehen - "Details, Aktionen und Prozesse, die in einer einfarbigen Sicht nicht unbedingt sichtbar sind".

Nun werden auch Aufnahmen mit Elektronenmikroskopen bunt: Wissenschaftlern der University of California in San Diego ist es gelungen, die traditionellen Graustufenbilder um Farben zu ergänzen. Damit können einzelne Strukturen etwa von Zellen und Bakterien besser sichtbar gemacht werden, schreiben die Forscher in der Zeitschrift "Cell Chemical Biology". Zu den Autoren gehört auch der kürzlich verstorbene Roger Tsien, der 2008 den Chemie-Nobelpreis für die Verwendung des grün fluoreszierenden Proteins in der Bildgebung erhalten hatte.

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Zweifarbige Elektronenmikroskop-Aufnahme von Peptid-Proteinen.

(Foto: Adams et al./Cell Chemical Biology 2016)

"Es ist ein bisschen so, als wenn man zum ersten Mal ein Farbbild sieht, nachdem man nur Schwarz-Weiß-Bilder kannte", wird Erstautor Stephen Adams in einer Mitteilung des Verlags zitiert. Denn wenn Elektronenmikroskop-Aufnahmen in Zeitschriften oder Büchern bisher farbig erschienen, dann waren diese Farben nachträglich aus ästhetischen Gründen hinzugefügt worden.

Das Team um Tsien entwickelte nun eine Methode, um mit Farben ausgewählte Zellbestandteile zu unterscheiden, Proteine zu verfolgen oder Zellen zu markieren. Damit konnten die Forscher unter anderem zeigen, wie zwei Astrozyten - ein Typ von Hirnzellen - eine Synapse teilen. Auch klärten die Wissenschaftler, wie ein bestimmter Proteinvorläufer in eine Zelle gelangt und wo sich das Enzym PKMzeta, das bei Erinnerungsprozessen eine Rolle spielt, bevorzugt aufhält.

"Fähigkeit, bestimmte Moleküle gleichzeitig zu unterscheiden"

"Die Fähigkeit, mehrere bestimmte Moleküle gleichzeitig zu unterscheiden, eröffnet eine neue Dimension", sagt Ko-Autor Mark Ellisman. "Sie enthüllt Details, Aktionen und Prozesse, die in einer einfarbigen Sicht nicht unbedingt sichtbar sind - oder nicht einmal vermutet werden."

Bereits bei der herkömmlichen Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) werden Schwermetalle wie Blei, Uran und vor allem Osmium auf den Untersuchungsobjekt fein verteilt aufgebracht, um den Kontrast zu erhöhen. Die kalifornischen Biochemiker verwendeten nun Metalle der Seltenen Erden wie Lanthan, Cer und Praseodym, die mittels der Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) gut unterscheidbar sind. Bei der EELS wird gemessen, wie groß der Energieverlust bei den Elektronen ist, die zum Abtasten durch die sehr dünne Probe geschickt werden.

Für jede Farbe gibt es einen eigenen Prozess: Beispielsweise werden zunächst Cer-Ionen in Diaminobenzidin eingebunden, dem Vorläufer eines Farbstoffs. Diese chemische Verbindung reagiert nach dem Auftragen auf die Probe unterschiedlich gut mit verschiedenen Zellstrukturen oder Gewebearten. Nach dem Entfernen jener Anteil, die nicht reagiert haben, wird die Verbindung mit Praseodym-Ionen auf dem Untersuchungsgegenstand verteilt und reagiert dort mit anderen Bestandteilen.

Verfahren "großer Fortschritt"

EELS-Aufnahmen machen die Cer- und Praseodym-Verteilungen sichtbar. Sie können unterschiedlich eingefärbt werden und über die Graustufenaufnahme gelegt werden. Das Cer-Bild hebt dann zum Beispiel die Membranen von Mitochondrien rot hervor, das Praseodym-Bild die Membranen von Zellkernen grün.

Ellisman ist davon überzeugt, dass das Verfahren einen großen Fortschritt bedeutet, denn "farbspezifisches Kennzeichnen ermöglicht den Zugang zu all der reichhaltigen Information über den Schauplatz, auf dem Moleküle tätig sind".

Quelle: n-tv.de, Stefan Parsch, dpa

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