Schärfere Bilder durch künstliche Aminosäuren

Dr. Gerti Beliu leitet seit September eine neue Forschungsgruppe am Rudolf-Virchow-Zentrum der Universität Würzburg. Er setzt neuartige Techniken ein um die Auflösung der Mikroskopie noch besser auszuschöpfen und neue Anwendungen für die Biomedizin zu entwickeln.

Mit der Technologie der „Click-Chemie“ will Dr. Gerti Beliu am Rudolf-Virchow-Zentrum – Center for Integrative and Translational Bioimaging die Möglichkeiten der Mikroskopie verbessern und Details sichtbar machen, die momentan noch nicht erkennbar sind. „Diese Technik hat das Potential die Mikroskopie zu revolutionieren, ihre biomedizinische Anwendbarkeit steckt aber im Moment noch in den Kinderschuhen“, erklärt Beliu. Hier möchte er mit seiner Forschungsgruppe ansetzen, die Grundlagen der Methode besser verstehen und sie breiter einsetzbar machen. In der Zukunft hält Beliu eine Anwendung im medizinischen Bereich für möglich.

Neue Technik ermöglicht bessere Auflösung

In der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie ist inzwischen eine Auflösung von unter 10 Nanometern (ein Nanometer (nm) ist ein millionstel Millimeter), und damit rund 50-mal schärfer als die herkömmliche Lichtmikroskopie, möglich. Um ein bestimmtes Protein sichtbar zu machen, wird es in der Mikroskopie meistens mit zwei aneinanderbindenden Antikörpern, an die ein fluoreszierender Farbstoff gekoppelt ist, markiert. Ein Antikörper ist zwischen 10 und 15 nm groß, wodurch das Fluoreszenzsignal bis zu 30 nm neben der eigentlich markierten Stelle liegt. Bei der von Beliu verwendeten Click-Chemie wird eine bestimmte chemische Struktur an ein einzelnes Biomolekül, z.B. eine einzelne Aminosäure angehängt. „An diese künstliche Aminosäure kann nun der Farbstoff direkt, ohne Antikörper, wie ein passendes Puzzleteil binden. Dadurch werden viel schärfere Bilder möglich und man kann zum Beispiel kleine, direkt nebeneinanderliegende Proteine einzeln erkennen, die man mit Antikörpern gar nicht hätte unterscheiden können“, sagt Beliu.

Medizinische Anwendung denkbar

Die Verwendung der Click-Chemie hat neben der besseren Auflösung noch weitere Vorteile. So ist die Bindung der beiden „Puzzleteile“ sehr spezifisch und stört durch ihre spezielle chemische Struktur die normalen Abläufe in der Zelle nicht. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für eine nebenwirkungsarme medizinische Anwendung. Krebszellen nehmen zum Beispiel auf Grund ihrer schnellen Zellteilung bestimmte Verbindungen stärker auf als andere Zellen. An diese, in den Krebszellen gehäuft vorkommenden, Verbindungen könnten die „clickbaren“ chemischen Strukturen angeheftet werden. Wird das zweite „Puzzleteil“ der Click-Chemie an einen medizinischen Wirkstoff gebunden, so könnten die Krebszellen damit sehr effektiv bekämpft werden. „Bevor es zu einer medizinischen Anwendung kommt sind allerdings noch einige Fragen der Grundlagenforschung zu klären. Genau das wollen wir angehen“, erklärt Beliu.