Optisk traktorstråle fanger bakterier

Indtil for nylig, hvis videnskabsmænd ville studere blodceller, alger, eller bakterier under mikroskopet, de var nødt til at montere disse celler på et substrat såsom en glasplade. Fysikere ved Bielefeld og Frankfurt Universiteter har udviklet en metode, der fanger biologiske celler med en laserstråle for at studere dem i meget høje opløsninger. I science fiction bøger og film, princippet er kendt som 'traktorbjælken'. Ved at bruge denne procedure, fysikerne har fået superopløsningsbilleder af DNA'et i enkelte bakterier. Fysikeren Robin Diekmann og hans kolleger offentliggør denne nye udvikling i det seneste nummer af forskningstidsskriftet Naturkommunikation .

Et af problemerne for forskere, der ønsker at undersøge biologiske celler mikroskopisk, er, at enhver forberedende behandling vil ændre cellerne. Mange bakterier foretrækker at kunne svømme frit i opløsning. Blodceller ligner hinanden:De er konstant i hurtig strømning, og forbliver ikke på overflader. Ja, vedhæftning til en overflade ændrer deres struktur, og de dør.

'Vores nye metode gør os i stand til at tage celler, der ikke kan forankres på overflader, og derefter bruge en optisk fælde til at studere dem i en meget høj opløsning. Cellerne holdes på plads af en slags optisk traktorstråle. Princippet bag denne laserstråle ligner konceptet, der findes i tv-serien "Star Trek", siger professor dr. Thomas Huser. Han er leder af Biomolecular Photonics Research Group på Det Fysiske Fakultet. "Det særlige er, at prøverne ikke kun er immobiliserede uden et substrat, men også kan vendes og roteres. Laserstrålen fungerer som en forlænget hånd til at lave mikroskopisk små justeringer.'

Bielefeld-fysikerne har videreudviklet proceduren til brug i superopløsningsfluorescensmikroskopi. Dette anses for at være en nøgleteknologi inden for biologi og biomedicin, fordi det leverer den første måde at studere biologiske processer i levende celler i høj skala – noget, der tidligere kun var muligt med elektronmikroskopi. For at få billeder med sådanne mikroskoper, forskere tilføjer fluorescerende prober til de celler, de ønsker at studere, og disse vil så lyse, når en laserstråle rettes mod dem. En sensor kan derefter bruges til at registrere denne fluorescerende stråling, så forskerne endda kan få tredimensionelle billeder af cellerne.

I deres nye metode, Bielefeld-forskerne bruger en anden laserstråle som en optisk fælde, så cellerne flyder under mikroskopet og kan flyttes efter ønske. 'Laserstrålen er meget intensiv, men usynlig for det blotte øje, fordi den bruger infrarødt lys, siger Robin Diekmann, medlem af Biomolecular Photonics Research Group. 'Når denne laserstråle er rettet mod en celle, kræfter udvikler sig i cellen, der holder den inden for strålens fokus, siger Diekmann. Ved at bruge deres nye metode, det er lykkedes Bielefeld-fysikerne at holde og rotere bakterieceller på en sådan måde, at de kan få billeder af cellerne fra flere sider. Takket være rotationen, forskerne kan studere DNA'ets tredimensionelle struktur med en opløsning på omkring 0,0001 millimeter.

Professor Huser og hans team ønsker at modificere metoden yderligere, så den vil sætte dem i stand til at observere samspillet mellem levende celler. De ville så kunne studere, for eksempel, hvordan bakterier trænger ind i cellerne.

For at udvikle de nye metoder, Bielefeld-forskerne arbejder sammen med prof. Dr. Mike Heilemann og Christoph Spahn fra Johann Wolfgang Goethe-universitetet i Frankfurt am Main.