Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften
Knackige Bilder von kalten Zellen
26. März 2018
Mikroskopie bei kryogenen Temperaturen hat viele spannende Eigenschaften. Kryofixierte oder vitrifizierte Zellen sind meist frei von Fixationsartefakten und können in einem nahezu nativen Zustand mit einer Kombination von Licht-, Elektronen- und Röntgenmikroskopie abgebildet werden. Ein wichtiger Vorteil der Kryofluoreszenzmikroskopie ist, dass Bleichraten (die Schwächung des Fluoreszenzsignals mit der Zeit) stark reduziert sind. Die Lichtmikroskopie unter Kryobedingungen ist jedoch technologisch sehr anspruchsvoll. Um Schäden durch Eiskristallbildung zu vermeiden, muss die Probe stets unterhalb des Glasübergangs von Wasser (‑135 °C) gehalten werden. Gleichzeitig erfordert das Erreichen höchster Auflösungs- und Kontrastwerte in der Lichtmikroskopie den Einsatz von Immersionsobjektiven. Bislang existierten weder hochwertige Objektive noch ein gut abgestimmtes Immersionsmedium für den in der Kryomikroskopie erforderlichen Temperaturbereich.
Vor Kurzem gelang es uns, diese Herausforderung durch einen neuen konstruktiven Ansatz kombiniert mit der Entdeckung eines neuen Immersionsmediums zu lösen. Das gewählte Immersionsmedium besitzt die interessante Eigenschaft, dass sein Brechungsindex unter Kryobedingungen dem Brechungsindex von Wasser bei Raumtemperatur entspricht. Wir erwarten, dass unsere Arbeit für die korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie von großem Wert sein wird und dabei hilft, die fundamentalen Grenzen der hochauflösenden Lichtmikroskopie bei kryogenen Temperaturen zu erreichen.
Ausführlichere Informationen finden Sie hier (auf Englisch).
Markus Zweckstetter, Gruppenleiter am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) Göttingen und Forschungsgruppenleiter an unserem Institut, erhält einen ERC Advanced Grant. Mit den rund 2,5 Millionen Euro wird er die biomolekularen Mechanismen der Alzheimer-Erkrankung erforschen. (Pressemitteilung des DZNE)
Für das Leben auf der Erde ist es unerlässlich, dass Pflanzen Fotosynthese betreiben und mithilfe von Sonnenlicht Sauerstoff und chemische Energie produzieren. Forschenden gelang nun erstmals, die Kopiermaschine von Chloroplasten, die RNA-Polymerase PEP, hochaufgelöst in 3D sichtbar zu machen.
Lipide spielen bei der Entstehung der Alzheimerschen Demenz eine wichtige Rolle. Genaueres über diesen Prozess war jedoch bisher nicht bekannt. Ein Team von Wissenschaftler*innen aus Göttingen, Jülich und Düsseldorf hat nun zum ersten Mal atomare Strukturen der Lipid-Fibrillen-Komplexe bestimmt.
Die Abfallanlage lebender Zellen, das Proteasom, zerkleinert nicht nur ausgediente oder beschädigte Proteine. Es unterstützt das Immunsystem auch dabei, entartete oder infizierte Zellen zu erkennen, indem es sogenannte Immunpeptide produziert. Ein Team um Juliane Liepe hat den Proteinabbau durch das Proteasom im Labor nachgestellt und die dabei gebildeten Peptide erfasst. Dies könnte zukünftig dazu beitragen, Immunpeptide vorherzusagen und neuartige Impfstoffe gegen Infektionskrankheiten oder Krebs zu entwickeln.
Ein Team um Sonja Lorenz hat die zellulläre Etikettier-Maschine, die Ubiquitin-Ligase HACE1, gebunden an ein wichtiges Zielprotein in voller Länge in 3D sichtbar gemacht. Die Forschenden konnten so wichtige Mechanismen aufdecken, wie HACE1 die zu steuernden Proteine erkennt und wie dieser Vorgang reguliert wird.
Ob wir gesund bleiben oder schwer erkranken, wird von unseren Genen mitbestimmt. Auch die Faltung unseres Genoms hat darauf maßgeblich Einfluss, denn die 3D-Genomorganisation regelt, welche Gene an- und abgeschaltet werden. Forschenden um Marieke Oudelaar und Elisa Oberbeckmann an unserem MPI ist es jetzt gelungen, die 3D-Faltung des Hefegenoms im Labor nachzustellen und die zugrunde liegenden Mechanismen zu entschlüsseln.
Über eine Million Menschen stecken sich jährlich mit dem AIDS-Virus HIV an. Um eine Wirtszelle zu infizieren und sich zu vermehren, muss das Virus sein Erbgut in den Zellkern schleusen und in ein Chromosom einbauen. Teams um Dirk Görlich sowie Thomas Schwartz vom MIT haben jetzt entdeckt, dass sich das Kapsid des Virus zu einem molekularen Transporter entwickelt hat. Dieser kann eine zentrale Verteidigungslinie des Zellkerns direkt durchqueren, die sonst vor eindringenden Viren schützt.
Transmissionselektronenmikroskope in Kombination mit kurzen Lichtpulsen ermöglichen es, nichtlineare optische Prozesse zu untersuchen. Forschende aus Göttingen und der Schweiz haben nun erstmals gezeigt, wie Elektronen komplexe Licht-Zustände in einem mikroskopischen Lichtspeicher in einem Elektronenmikroskop unterscheiden können.
Forschende aus Göttingen und Karlsruhe haben einen neuen Behandlungsansatz für die Therapie von Bauchspeicheldrüsenkrebs entwickelt. Die innovative Methode verspricht, die Krankheit künftig gezielter und mit weniger Nebenwirkungen behandeln zu können.
Forschende um Ashwin Chari und Holger Stark haben die Struktur dieser Fettsäurefabrik in bisher unerreichter Auflösung von 1,9 Å sichtbar gemacht. Bei dieser Detailschärfe konnten sie Enzymreaktionen direkt beobachten einen kompletten Produktionszyklus strukturell verfolgen. Die Erkenntnisse liefern neue Ansätze, um Krankheitserreger zu bekämpfen und Fettsäuren nachhaltig herzustellen.
Bis sich ein Säugetierembryo in die Gebärmutter einnistet, muss die Eizelle ihn mit allem Lebenswichtigen versorgen – darunter auch Proteine. Forschende haben nun aufgeklärt, wie Eizellen diese Proteine speichern. Ihre Experimente liefern auch wichtige Erkenntnisse darüber, wie Fehler in der Proteinspeicherung zu Unfruchtbarkeit führen können. Dabei spielen Strukturen der Eizelle eine entscheidende Rolle, die Wissenschaftler*innen seit über 60 Jahren vor Rätsel stellen.
Forschende an unserem Institut haben jetzt mit Kolleg*innen eine mögliche Erklärung gefunden, warum manche Plattwurmarten in der Evolution die Fähigkeit zur Regeneration entwickelt oder wieder verloren haben. Dazu untersuchten sie bei verschiedenen Arten, inwieweit diese ihren Kopf nachwachsen lassen können. Wie sie herausfanden, unterscheiden sich die Arten stark in dieser Fähigkeit, und zwar auch abhängig davon, wie sich die Tiere fortpflanzen.