Neuartiges Mikroskop: Forscher können Proteine jetzt exakt lokalisieren

Proteine können innerhalb des menschlichen Organismus zahlreiche Aufgaben übernehmen. Gesteuert werden diese zellulären Prozesse zum einen schlicht über ihre Anzahl innerhalb einer Zelle. Zum anderen spielt aber auch der genaue Standort eine Rolle. Um beides für Untersuchungszwecke sichtbar zu machen, müssen Forscher bisher auf sogenannte Fluoreszenzfarbstoffe zurückgreifen. Diese machen die Proteine zwar sichtbar. Wirklich optimal ist der Einsatz aber nicht, weil die Markierung selbst wieder Auswirkungen auf die Zelle haben kann. Forscher der TU Wien haben daher eine neue Nachweismethode entwickelt. Zum Einsatz kommt dabei eine Kombination aus Infrarot-Spektroskopie, Atomkraftmikroskopie und maschinellem Lernen. Diese soll es ermöglichen, zum einen zu bestimmen, um welche Art von Proteinen es sich handelt. In einem zweiten Schritt soll dann auch die Position auf Nanometer genau bestimmt werden können.

Auf die Infrarot-Spektroskopie folgt das Atomkraftmikroskop

Um verschiedene Proteine unterscheiden zu können, nutzen die Forscher die Infrarot-Spektroskopie. Diese wiederum kann eingesetzt werden, weil unterschiedliche Proteine auch unterschiedliche Wellenlängen im Infrarotbereich absorbieren. Misst man nun welche Wellenlänge konkret absorbiert wird, kann man daraus auf das vorhandene Protein schließen. Wo genau sich das Protein dann in der Zelle befindet, lässt sich anschließend mithilfe eine Atomkraftmikroskops herausfinden. Die Probe wird dabei von einer sehr kleinen Spitze mit einem Durchmesser von lediglich 20 Nanometern abgetastet. An den Stellen, wo Infrarotstrahlung absorbiert wird, dehnt sich die Probe ein wenig aus, was mit dem Atomkraftmikroskop erfasst werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Position bestimmen, ohne dass Farbstoffe zur Markierung verwendet werden müssen. Die Zelle wird so durch die Untersuchung nicht verändert.

Selbst lebende Organismen können untersucht werden

Unterstützt wird die Methode durch maschinelles Lernen. So sind Algorithmen unter anderem dafür verantwortlich, zu erkennen, welche Proteine welchen Infrarotspektren zugeordnet werden können. Auf diese Weise kommen Forscher deutlich schneller an das erwünschte Ergebnis als wenn sie die entsprechende Analyse per Hand durchführen müssten. Getestet wurde das neue Kombinationsmikroskop bereits erfolgreich beim Pilz Trichoderma reesei. Dieser spielt in der Industrie eine wichtige Rolle und produziert unter anderem Basisstoffe für bestimmte Biokraftstoffe. Die neu entwickelte Methode kann aber grundsätzlich bei allen Zellen angewandt werden. Sie funktioniert sogar im Wasser, sodass auch lebende Organismen untersucht werden können. Im besten Fall ist dann sogar eine Art Analyse in Echtzeit möglich, bei der Forscher direkt verfolgen, wie eine Zelle etwa auf ein bestimmtes Medikament reagiert.

Via: Der Standard