Nanoskop filmt Wanderung von Viren

Heidelberg/Göttingen - Mit speziellen Fluoreszenz-Mikroskopen können Viren und lebende Zellen mit einer Auflösung von wenigen Nanometern beobachtet werden. Für diese Entwicklung der so genannten STED-Mikroskopie (Stimulated Emission Depletion) wurde Stefan Hell vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen im vergangenen Jahr mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet. Nun gelang es seiner Arbeitsgruppe zusammen mit Kollegen des Deutschen Krebsforschungszentrums in Heidelberg (DKFZ), schnelle Bewegungen von Zellen und Viren mit einem modifizierten STED-Mikroskop in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu filmen. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Methods“.

Für einzelne Bilder wie auch für Mikroskop-Filme ist die Markierung einer Zelle oder eines Virus mit Fluoreszenzmarkern die zentrale Veraussetzung. Für die STED-Mikroskopie werden diese Marker mit einem ersten Laserpuls angeregt. Ein zweiter Laserpuls stimuliert danach die Aussendung von Fluoreszenzlicht. Aufgefangen mit einem lichtempfindlichen Detektor lassen sich aus diesen Lichtsignalen heute bereits sehr genaue Aufnahmen mit einer Auflösung von etwa zwei Nanometern rekonstruieren.

Hell und Kollegen schafften es nun, mit dieser STED-Mikroskopie über 1.000 Bilder pro Sekunde aufzuzeichnen und konnten damit die Bewegung etwa von Viren beobachten. Zeile für Zeile scannten sie verschiedene Proben – zum einen Vesikel-Bläschen in lebenden Drosophila-Larven, zum anderen markierte HI-Viren – mit Laserlicht ab. Die Aufnahmezeit für jeden einzelnen Bildpunkt betrug dabei nur noch wenige Nanosekunden und entsprach etwa der Dauer der Fluoreszenzemission. Noch schneller ließe sich daher das Abtasten der Probe prinzipiell kaum vollziehen.

Die Auswertung der aufgefangenen Fluoreszenzsignale ergab eine zeitliche Auflösung von wenigen Mikrosekunden. Die Filme zeigten, dass sich sowohl Vesikel als auch Viren rund zwei Mikrometer pro Sekunde bewegten. Mit einer Pixelgröße von 25 Nanometern erreichten die Forscher dabei eine räumliche Auflösung von etwa 70 Nanometern. Diese Ergebnisse belegen, dass die Methode sehr gut zum Verfolgen von biologischen Prozessen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung geeignet ist. Gehört die STED-Mikroskopie für die Aufnahme von Einzelbildern lebender Objekte bereits zur einem wichtigen Verfahren in Medizin und Biologie, könnte ihr Nutzen nun mit dem möglichen Filmen schneller Vorgänge noch deutlich erweitert werden.