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Super-Mikroskop: Farbenfroher Blick ins Erbgut

Von Dennis Meyer

Dreidimensional und in Farbe: Wissenschaftler haben ein neues Lichtmikroskop entwickelt. Es liefert spektakuläre Bilder, die bei der Krankheitsbekämpfung helfen sollen - weil es den Forschern gelang, eine unüberwindlich scheinende Grenze der Physik zu knacken.

München - In jahrelanger Arbeit haben Biologen von der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München zusammen mit amerikanischen Physikern von der University of California etwas geschafft, was in der Wissenschaft lange Zeit als unmöglich galt: Die Darstellung kleinster Zellstrukturen mit einem Lichtmikroskop.

Bislang erreichten nur aufwändige Elektronenmikroskopie-Verfahren eine Auflösung jenseits des sogenannten Abbe-Limits. Demnach können Abstände, die kürzer als eine Lichtwelle sind, nicht abgebildet werden. Punkte, die näher als 200 Nanometer voneinander entfernt liegen erscheinen demzufolge nicht als voneinander zu unterscheidende Strukturen, sondern als ein Punkt.

Das 3-D-SIM-Mikroskop kann aber eine etwa doppelt so hohe Auflösung erreichen. Und im Gegensatz zur kostenintensiven Elektronenmikroskopie ist die Darstellung auch noch in Farbe. "Keine der bislang entwickelten Techniken konnte bis jetzt breit eingesetzt werden", sagt Heinrich Leonhardt vom Biozentrum der LMU.

Das 3-D-SIM-Verfahren (three-dimensional structured illumination microscopy) hingegen sei nichts anderes als herkömmliche Lichtmikroskopie mit einer besonderen Form der Beleuchtung. Aus diesem Grunde verspricht sich Leonhardt von der Entwicklung auch einen großen kommerziellen Erfolg.

Mit dem Mikroskop gelang den Wissenschaftlern eine bahnbrechende Abbildung von Zellstrukturen: Im Kern einer Säugerzelle konnten sie in drei Farben genetisches Material, die umgebende Kernhülle und einzelne Kernporen darstellen. "Dies ermöglicht eine ganz neue Art der Analyse in den Lebenswissenschaften, von der Grundlagenforschung bis zu den angewandten Fragestellungen", erklärt Leonhardt.

So ermögliche das Mikroskop eine sehr viel genauere Untersuchung von Chromosomen oder eine Unterscheidung von DNA-Regionen mit aktiven Genen von solchen mit inaktiven: Ein wichtiger Schritt, um Alterungsprozesse und die Entwicklung von Krankheiten zu verstehen.

Um die hohe Auflösung zu erreichen, griffen Leonhardt und seine Kollegen auf eine strukturierte Form der Beleuchtung zurück. Das Objekt wird in verschiedenen Ebenen aus mehreren Winkeln beleuchtet. So entstehen Schattenmuster, aus denen sich kleinste Strukturen einer Zelle berechnen ließen. "So entsteht aus vielen Einzelbildern ein computergeneriertes Bild, das wir uns ganz bequem auf dem Monitor anschauen können, das klassische Okular hat der SIM-Prototyp nicht." sagte Lothar Schermelleh, der zusammen mit Leonhardt maßgeblich an der Entwicklung beteiligt war, im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE.

Für ihn und seine Kollegen ist die vergleichsweise einfache Handhabung von großer Bedeutung. Ein anderes Gerät, das sogenannte STED-Mikroskop, könne zwar ebenfalls das Abbe-Limit unterschreiten, sei aber technisch sehr aufwändig und auf spezielle Farbstoffe beschränkt. Beim SIM-Mikroskop verwendeten die Forscher hingegen einfache Standardfarbstoffe.

Jetzt wollen die Wissenschaftler das Verfahren noch weiter verbessern, um Prozesse in lebenden Zellen filmen zu können. Vor allem die Zellteilung sei hier von Interesse. Fehler bei diesem Vorgang können zu Mutationen, beispielsweise zur Entstehung von Krebs führen.

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