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Forscher der TU Dortmund malen in lebenden Zellen

Bereits im alten Anatolien haben Künstler Miniaturgemälde und Namen auf Reiskörner gezeichnet. Überall auf der Welt gravieren Menschen ihre Initialen in Bäume, um ihre Liebe zu verewigen. Diese Botschaften sind allerdings etwa eine Million Mal größer als die Zeichnungen, die Dr. Leif Dehmelt von der Fakultät für Chemie und Chemische Biologie der TU Dortmund, Dr. Yaowen Wu vom Chemical Genomics Center der Max-Planck-Gesellschaft und ihre Kollegen im Inneren von lebenden Zellen anfertigen. Einen Artikel zu ihrer Methodik mit dem Namen „Molecular Activity Painting“ wurde kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ veröffentlicht.

Unter dem Mikroskop leuchtet der Buchstabe N innerhalb einer Zelle in hellem Grün auf. Die „Malerei“ sieht nicht nur spektakulär aus, sie ist der Beweis dafür, dass die Wissenschaftler in lebenden Zellen gezielt Veränderungen auslösen und beobachten können. Denn genau dort, wo die „molekulare Tinte“ leuchtet, haben sie präzise Störungen eingebaut. Die Visualisierung mit leuchtender Farbe ist wichtig, da sich Prozesse auf molekularer Ebene ansonsten nur sehr schwer beobachten lassen.

Molekülsysteme werden über Anker eingebracht

Damit die neue Methodik überhaupt funktioniert, musste das Forscher-Team die frei beweglichen Teile in der Oberfläche der Zelle zunächst fest verankern. Über diese Anker wurden dann speziell entwickelte, lichtempfindliche Molekülsysteme in die Zelle eingebracht und punktuell durch einen fokussierten Laserstrahl von außen aktiviert. Diese Aktivierung löst schließlich im Inneren der Zelle die gezielte Störung aus: Ein bestimmtes Protein, das die Forscher vorab in die Zelle eingebracht haben, bindet an das Molekül und leuchtet auf. Das „gemalte“ Bild ist zu sehen.

Das Protein kann allerdings nicht nur leuchten und damit seine Position anzeigen, es löst auch muskelartige Kontraktionen in der Zelle aus. Diese kontrahierenden Strukturen spielen eine wichtige Rolle in der Bewegung von Zellen in einer Vielzahl biologischer Prozesse. Dazu gehören zum Beispiel Prozesse in der Embryonalentwicklung oder der Metastasierung von Krebszellen. Ziel der Forschung ist es, komplexe Krankheitsprozesse besser zu verstehen.

„Hot Paper” in „Angewandte Chemie”

An der Arbeit sind von der TU Dortmund und dem Max-Planck-Institut für Molekulare Physiologie Dr. Leif Dehmelt und Dr. Muthukumaran Venkatachalapathy und vom Chemical Genomics Center der Max-Planck-Gesellschaft Dr. Yaowen Wu und Dr. Xi Chen beteiligt. Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ als aktuell besonders interessantes „Hot Paper“ veröffentlicht.



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