Kombineret røntgen- og fluorescensmikroskop afslører usete molekylære detaljer

Et forskerhold fra universitetet i Göttingen har bestilt en verdensomspændende unik mikroskopkombination ved DESYs røntgenkilde PETRA III for at få ny indsigt i biologiske celler. Holdet ledet af Tim Salditt og Sarah Köster beskriver det kombinerede røntgen- og optiske fluorescensmikroskop i tidsskriftet Naturkommunikation . For at teste ydeevnen af ​​enheden installeret på DESYs målestation P10, forskerne undersøgte hjertemuskelceller med deres nye metode.

Moderne lysmikroskopi giver stadig skarpere billeder vigtige nye indsigter i biologiske cellers indre processer, men højeste opløsning opnås kun for den del af biomolekyler, der udsender fluorescenslys. Til dette formål, små fluorescerende markører skal først fastgøres til molekylerne af interesse, for eksempel proteiner eller DNA. Den kontrollerede omskiftning af det fluorescerende farvestof i det såkaldte STED (stimulated emission depletion) mikroskop muliggør derefter højeste opløsning ned til et par milliardtedele meter, efter princippet om optisk skift mellem tændt og slukket tilstand indført af nobelprisvinderen Stefan Hell fra Göttingen.

"Men hvordan kan vi få skarpe billeder af alle cellulære komponenter, inklusive de molekyler, hvortil fluorescerende markører ikke kan fæstnes, " spørger Salditt. "Hvordan kan vi belyse den 'mørke baggrund' af alle umærkede molekyler, hvori de specifikt mærkede fluorescerende biomolekyler er indlejret?"

Salditts og Kösters team har nu kombineret et STED- og et røntgenmikroskop, som kvasi samtidigt kan kortlægge fluorescens og tæthedsfordelingen af ​​det samlede antal cellulære komponenter i cellen. "Ud over, røntgendiffraktionsforsøg, som er velkendte fra krystallografi, kan også udføres på præcist kontrollerede positioner i cellen, " forklarer medforfatter Michael Sprung, leder af målestationen P10, hvor den nye enhed er blevet installeret.

"Med dette nye røntgen/STED-mikroskop har vi først visualiseret et netværk af proteinfilamenter i hjertemuskelceller i STED-tilstand. Cellerne blev derefter også afbildet ved røntgenholografi for at dække den rumlige fordeling af massetæthed i hele cellen , inklusive alle dets komponenter, " forklarer Marten Bernhardt, hovedforfatter af artiklen. "Ved at bruge komplementær kontrast tilstræber vi en mere fuldstændig forståelse af den struktur, der ligger til grund for sammentrækning og kraftgenerering i cellerne, " tilføjer Salditt. "I fremtiden, vi ønsker også at anvende dette til at observere dynamiske processer i levende celler, " forklarer Köster, talsmand for det kollaborative forskningscenter Kollektiv adfærd af blødt og biologisk stof fra German Science Foundation (DFG), som danner forskningsramme for eksperimenterne.