verknüpfen. Zunächst schaltet MINFLUX einzelne Moleküle
in der Probe zufällig verteilt an. Um dann ihren Ort genauer
zu bestimmen, tastet ein donutförmiger Laserstrahl ihre
unmittelbare Umgebung ab. Im Gegensatz zu STED knipst
der ringförmige Strahl die Moleküle allerdings nicht aus,
sondern regt sie zum Leuchten an. Je näher sein Zentrum
dabei dem Molekül kommt, desto weniger Licht sendet
dieses aus, denn im Mittelpunkt des Donuts ist die Intensi-
tät der Anregung null. Wenn das Mikroskop an mehreren
nahe beieinanderliegenden Stellen – in der Praxis genügen
vier – das Fluoreszenzlicht misst, kann ein Algorithmus
anhand der jeweiligen Stärke des Signals sehr präzise die
Position des Moleküls rekonstruieren. So gelingt letztlich
schon mit wenigen eingefangenen Photonen eine genaue
Ortsbestimmung, für die bei PALM oder STORM eine viel
höhere Leuchtintensität nötig wäre.
Wegen des geringeren Lichtbedarfs lässt sich die Probe
schneller scannen. Darum können die Forscher mit
MINFLUX erheblich mehr Molekülpositionen pro Sekunde
ermitteln und etwa die Bewegung von Molekülen inner-
halb lebender Zellen mit hoher zeitlicher und räumlicher
Auflösung filmen (siehe Bild links).
Derweil haben Wissenschaftler um Vahid Sandoghdar
vom Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlan-
gen mit einer Strategie namens COLD (cryogenic optical
localization in three dimensions) die Trennschärfe durch
einen anderen Trick verbessert. Wie bei STORM und PALM
regten sie zufällig die Fluorophore in der Probe an. Doch
die Forscher machten sich zu Nutze, dass fotochemische
Prozesse bei rund minus 270 Grad Celsius deutlich langsa-
mer ablaufen als bei Raumtemperatur. Infolgedessen
behalten die fluoreszierenden Stoffe ihre Leuchtkraft
länger. Die Forscher konnten daher insgesamt stärkere
Signale messen – die Auflösung wurde besser. So rekonst-
ruierten sie erstmals mit einem COLD-Lichtmikroskop
submolekulare Strukturen eines Proteins unterhalb eines
Nanometers. Die Methode ist damit laut Sandoghdar ideal
für strukturbiologische Untersuchungen geeignet. Wegen
der unwirtlichen Temperaturen sind der Technik jedoch
keine Prozesse in lebenden Zellen zugänglich. Der For-
scher betont deshalb, wie wichtig die Kombination unter-
schiedlicher Herangehensweisen sei: »Derzeit ist keine
Mikroskopiemethode in der Lage, wirklich alles zu sehen.
Verschiedene Strategien werden daher – zumindest vor-
erst und wie auch bislang – stets komplementär
zusammenarbeiten.«
Janosch Deeg ist Physiker und arbeitet als Wissenschaftsjournalist
in Heidelberg.
QUELLEN
Balzarotti, F. et al.: Nanometer Resolution Imaging and Tracking of
Fluorescent Molecules with Minimal Photon Fluxes. In: Science 355,
S. 606–612, 2017
Weisenburger, S. et al.: Cryogenic Optical Localization Provides 3D
Protein Structure Data with Angstrom Resolution. In: Nature
Methods 14, S. 141–144, 2017
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