Størrelse har betydning:Farvebilleddannelse af genekspression i elektronmikroskopi

Forskere ved Helmholtz Zentrum Muenchen har udviklet en metode til at visualisere genekspression af celler med et elektronmikroskop. Selvom elektronmikroskopi i øjeblikket giver det mest detaljerede kig på celler, den kan ikke skelne mellem, hvilke genetiske programmer, der kører inde i individuelle celler. Den nye metode kan nu se nærmere ved at bruge genetisk programmerede nanosfærer af forskellige størrelser som "flerfarvede" markører, hvilket endda kunne være nyttigt til at undersøge, hvordan erindringer lagres i neuronale netværk.

Hvad foregår der præcist i cellerne? Dette spørgsmål har holdt videnskabsmænd beskæftiget i årtier. At mærke små strukturer, forskere har brugt fluorescerende proteiner. Denne metode fungerer godt, men har ulemper på grund af lysmikroskopers relativt dårlige opløsning. Selvom elektronmikroskoper tillader et nærmere kig, siger prof. dr. Gil Gregor Westmeyer, "Indtil videre er der næppe nogen løsninger til flerfarvet genetisk mærkning af celler til denne teknologi, sådan, at man direkte kan skelne forskellige celler fra hinanden." Han leder en forskningsgruppe ved Institute for Biological and Medical Imaging (IBMI) i Helmholtz Zentrum München og er professor i Molecular Imaging ved TUM School of Medicine.

Nanorum som flerfarvede etiketter til elektronmikroskopi

Westmeyer og kolleger har arbejdet med såkaldte encapsulins i nogen tid. Disse er små, ugiftige proteiner fra bakterier. Encapsulins samles automatisk til nanorum, hvor kemiske reaktioner kan forløbe uden at forstyrre cellens stofskifte. Afhængig af de eksperimentelle forhold, nanorum med forskellige diametre dannes i levende celler via genetisk programmering. "Analogt med paletten af ​​farver i fluorescensmikroskopi, vores metode gør geometri til en etiket til elektronmikroskopi, " tilføjer Felix Sigmund fra Westmeyers forskningsgruppe.

For at opnå stærk kontrast i billederne fra elektronmikroskopi, forskerne bruger enzymet ferroxidase, som kan indkapsles i det indre af encapsulins. Hvis jernioner trænger ind i det indre lumen gennem porerne i nanorummene, divalente jernioner oxideres af enzymet til deres trivalente form. Dette skaber uopløselige jernoxider, der forbliver indeni. Metaller skaber gode kontraster, fordi de "sluger" elektroner - sammenlignelig med tætte knogler i et røntgenbillede, som kraftigt absorberer røntgenstråler. Denne særlige materialeegenskab ved encapsulins gør dem tydeligt synlige på billederne.

Følger neuronale kanaler

Med deres nye metode, forskerne vil nu også undersøge neurale kredsløb. På trods af den imponerende opløsning af elektronmikroskopi, metoden kan ikke pålideligt skelne visse typer neuroner i hjernen. "Med vores nye reportergener, vi kunne mærke specifikke celler og så aflæse, hvilken type nervecelle der danner hvilke forbindelser og hvilken tilstand cellerne er i, " tilføjer Westmeyer.

Denne nye reporterteknologi kunne således også være med til at afdække det nøjagtige ledningsdiagram af hjerner og til at undersøge nærmere, hvordan minderne er lagret i neuronale netværk.