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News: Neue Perspektiven

Ein neues elektronenmikroskopisches Verfahren ermöglicht Forschern einen völlig neuen Einblick in die dreidimensionale Struktur von Zellorganellen. Aufnahmen des strukturgebenden Proteingerüsts im Innern von Zellen des Schleimpilzes Dictyostelium discoideum zeigen nun die Leistungsfähigkeit dieser Methode.
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In den vergangenen Jahren haben Wissenschaftler eine Technik entwickelt, die es ermöglicht, in detaillierter Weise die Organellen im Zellinneren zu studieren. Diese so genannte Kryoelektronentomographie gilt als Durchbruch in der Zellbiologie. Sie kombiniert Elektronenmikroskopie mit automatisierten Bildaufzeichnungsverfahren und neuer Bildanalysetechnik.

Dabei erinnert die Technik ein wenig an die Computertomographie in der Medizin: Von einem Objekt werden aus verschiedenen Blickwinkeln Bilder aufgenommen. Anschließend kombiniert der Computer diese zweidimensionalen Einzelaufnahmen und setzt sie zu einem vollständigen 3-D-Bild zusammen.

Um die Objekte elektronentomographisch untersuchen zu können, frieren die Wissenschaftler die Probe ein und beobachten sie im amorphen Eis. So verhindern sie, dass die empfindlichen Objekte durch Konservierungsmittel und andere Behandlungsmethoden verändert werden.

Allerdings sind die natürlichen Proben äußerst strahlungsempfindlich. Daher waren die Forscher gezwungen, die Dauer der Bestrahlung zu verkürzen, um eine Schädigung der Zelle zu vermeiden – zu Lasten der Bildqualität. Mit ihrer automatisierten Technik ist es aber jetzt den Forschern um Wolfgang Baumeister vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried gelungen, einen tiefen Blick in eine eukaryotische Zelle des Schleimpilzes Dictyostelium discoideum zu werfen.

Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass die Zelle nicht so dicht gepackt ist, wie ursprünglich angenommen. Diese Erkenntnis ist nicht nur überraschend, sondern zugleich sehr erfreulich, da hierdurch die einzelnen Komponenten der Zelle gut zu visualisieren sind.

Die Forscher konzentrierten sich insbesondere auf die Proteine, die das Skelett der Zelle bilden: die Actinfilamente. Diese Proteinfäden fungieren als Gerüst der Zelle. Zudem sind sie für die Fortbewegung unerlässlich und maßgeblich an Transportvorgängen innerhalb der Zelle beteiligt. Die elektronentomographischen Bilder zeigen eindrucksvoll, wie die einzelnen Filamente miteinander quervernetzt und an der Zellmembran verankert sind.

Nun planen die Wissenschaftler, für jedes Zellorganell eine dreidimensionale Karte zu entwerfen. Zudem lassen sich mit dieser Methode die räumlichen Wechselwirkungen von Proteinkomplexen studieren – eine wichtige Möglichkeit, Erkenntnisse aus der Strukturbiologie, Enzymkinetik und Zellbiologie zusammenzuführen.

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