Blick in die Zellmembran: Wie ihre Bausteine durch neuste Lasertechnologie entschlüsselt werden

Cells in Motion – der Audiopodcast | Folge 2

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Eine Zellmembran übernimmt viele steuernde Funktionen, für die die genaue Anordnung ihrer einzelnen Bausteine entscheidend ist. Mit moderner Mikroskopietechnik lassen sich die Bausteine, hier die einer künstlichen Membran, darstellen und identifizieren
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  • Professor Volker Gerke vom Institut für Medizinische Biochemie stößt mit seinen Mikroskopen an die Grenze des Darstellbaren, denn die Lipide und Proteine, aus denen die Membran besteht, sind mit sechs bis zehn Nanometern winzig.
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  • Im gemeinsamen Projekt mit Professor Carsten Fallnich aus der Angewandten Physik kommt eine Technik zum Einsatz, die auch in dieser Größenordnung noch Bilder erstellen kann. Sie nennt sich Raman-Mikroskopie.
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  • Das Objekt wird von einem Laserstrahl erfasst, der durch eine komplexe Apparatur geleitet wird.
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  • Der Trick des Raman-Mikroskops: Das Laserlicht wird am Molekül gestreut und sendet eine spezifische Frequenz, quasi einen eigenen Fingerabdruck zurück – daraus lässt sich jedes einzelne Molekül ablesen.
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  • Die Zusammenarbeit von Medizinischer Biochemie und Angewandter Physik soll es künftig möglich machen, die Membranstruktur verschiedener Zelltypen zu erfassen, um zu sehen, welche Defekte die Membranfunktion beeinträchtigen.
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Heutzutage werden Laser bereits in vielen Bereichen der Technik genutzt: In der Medizin etwa ermöglicht der Lichtstrahl operative Eingriffe mit höchster Präzision. Und auch in anderen Bereichen wie der Mikroskopie kommt der gebündelte Lichtstrahl heute zum Einsatz. Bei der Raman-Mikroskopie trifft Laserlicht auf Moleküle, was die Frequenz des gestreuten Lichts verändert. Diese neue Frequenz bildet dann quasi den „Fingerabdruck“ des mikroskopierten Moleküls.

Prof. Carsten Fallnich von der Angewandten Physik stellt mit der Raman-Mikroskopie ein technisches Messinstrument für die Untersuchung von Molekülen bereit. In einem gemeinsamen Projekt untersuchen Prof. Carsten Fallnich und Prof. Volker Gerke vom Institut für Medizinische Biochemie die Molekülstrukturen von Zellmembranen. So haben frühere Analysemethoden bereits angedeutet, dass die Membran mit ihrem mosaikartigen Mix an Lipiden und Proteinen sehr dynamisch ist und sich je nach Bedarf verändern kann, um zahlreiche Funktionen für die Zelle zu übernehmen. Wie genau diese Prozesse ablaufen, und wie die Bausteine der Zellmembran bei bestimmten Prozessen angeordnet sind, konnte bisher aber nicht markierungsfrei, d.h. ohne den Einsatz von künstlichen Farbstoffen gezeigt werden. Mit der hochauflösenden Raman-Mikroskopie versprechen sich Volker Gerke und Carsten Fallnich genau diese markierungsfreie Darstellung von Bausteinen der Zellmembran und hierdurch neue Fortschritte im Bereich der Grundlagenforschung.