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Mit der Expansionsmikroskopie ExM lassen sich Zellen und ihre Bausteine mit einer räumlichen Auflösung weit unterhalb von 200 Nanometern abbilden Dazu werden die Proteine der zu untersuchenden Probe in ein schwellbares Polymer vernetzt Nach der Zerstörung der Wechselwirkungen zwischen den Molekülen können die Proben mit Wasser um ein Vielfaches ausgedehnt werden Das macht detaillierte Einblicke in ihre Strukturen möglich Diese Methode war bisher auf Proteine beschränkt Im Journal Nature Communications stellen wir jetzt eine Möglichkeit vor wie wir auch Lipide und damit Zellmembranen expandieren können sagt Professor Markus Sauer Experte für hochauflösende Mikroskopie vom Biozentrum der Julius-Maximilians-Universität Würzburg JMU Beteiligt an der Publikation sind auch die JMUProfessoren Thomas Rudel Mikrobiologie und Jürgen Seibel Chemie Synthetische Lipide werden markiert und expandiert Das Team von Jürgen Seibel hat funktionalisierte Sphingolipide synthetisiert die ein wichtiger Bestandteil von Zellmembranen sind Gibt man diese Lipide zu Zellkulturen werden sie in die Zellmembranen eingebaut Im Anschluss lassen sie sich mit einem Farbstoff markieren und in einem schwellbaren Polymer vierbis zehnfach expandieren Die JMU-Forscher zeigen dass sich auf diese Weise in Kombination mit der Strukturierten Beleuchtungsmikroskopie SIM verschiedene Membranen und ihre Wechselwirkungen mit den Zellproteinen mit einer Auflösung von 10 bis 20 Nanometern abbilden lassen Zellmembranen die äußere und die innere Zellkernmembran und auch die Membranen intrazellulärer Organellen wie Mitochondrien Membranen von Bakterien und Viren im Blick Die Sphingolipide bauen sich außerdem hocheffizient in die Membranen von Bakterien ein Damit können nun Krankheitserreger wie Neisseria gonorrhoeae Chlamydia trachomatis und Simkania negevensis in infizierten Zellen in einer Auflösung dargestellt werden die bisher nur mit der Elektronenmikroskopie erreicht wurde Sogar die innere und die äußere Membran von gramnegativen Bakterien lassen sich voneinander unterscheiden Mit den neuen superauflösenden mikroskopischen Verfahren wollen wir jetzt bakterielle Infektionsmechanismen und Ursachen für Antibiotikaresistenzen untersuchen Was wir dabei lernen lässt sich womöglich für verbesserte Therapien nutzen sagt Professor Thomas Rudel Experte für bakterielle Infektionen Womöglich integrieren sich die Sphingolipide auch in die Membran von Viren Falls das gelingt könnte man die Wechselwirkungen von Coronaviren mit Zellen erstmals lichtmikroskopisch in hoher Auflösung untersuchen Die beschriebenen Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG im Rahmen der Graduiertenkollegs 2157 und 2581 finanziell gefördert Originalpublikation Nanoscale imaging of bacterial infections by sphingolipid expansion microscopy Nature Communications 2 Dezember 2020 DOI 10 1038 s41467-020-19897-1 Quelle Julius-MaximiliansUniversität Würzburg Zellmembranen super aufgelöst www labo de 1-2 2021 39 Bild Sphingolipid-Expansionsmikroskopie ExM von zehnfach expandierten Zellen die mit Chlamydien infiziert wurden Die Bakterienmembranen sind grün markiert innere und äußere Membranen der Bakterien können unterschieden werden c unter a konfokalem Laserscanning und unter b strukturierter Beleuchtungsmikroskopie SIM Skalenbalken 10 bzw 2 Mikrometer in den kleinen weißen Rechtecken Bild AG Markus Sauer Universität Würzburg