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Das Berliner Symposium, das im Rahmen des von
Christoph Cremer koordinierten Schwerpunktprogramms "Supramolekulare
Biostrukturen" (DFG SPP1128) stattfand und von ihm selbst sowie der
Berliner Kollegin Dr. Cristina Cardoso vom Max Delbrück Zentrum für
Molekulare Medizin organisiert wurde, brachte dementsprechend auch
Wissenschaftler der verschiedensten Forschungsgebiete zusammen. Dabei
durfte natürlich einer der Pioniere der modernen Lichtmikroskopie,
Professor Stefan Hell vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische
Chemie in Göttingen, nicht fehlen, der einstmals in Heidelberg am
heutigen Kirchhoff-Institut für Physik diplomierte, promovierte, sich
habilitierte und hier immer noch eine Professur inne hat. "Er hielt
einen für alle beeindruckenden Vortrag über ein neues Konzept zur
Brechung der Abbé-Beugungsgrenze", erinnert sich Christoph Cremer.
Ernst Abbé hatte 1873 erkannt, dass die Auflösung eines
Lichtmikroskops durch die Welleneigenschaft des Lichts auf eben 200
Nanometer beschränkt ist. Das bedeutet, dass Objekte, die enger als
200 Nanometer (200 Milliardstel Meter) zusammenliegen, als ein
einziger verwaschener Fleck erscheinen. Anfang der 1990er Jahre war es
Stefan Hell dann gelungen, Laser-Licht durch zwei hoch auflösende,
gegenüberliegende Objektive auf einen Punkt zu konzentrieren. Die
Lichtwellen beider Objektive werden dabei so überlagert, dass sie
einen wesentlich kleineren Fokus bilden, als mit einem Objektiv
allein. So konnte das Auflösungsvermögen der Lichtmikroskope in
Richtung der Objektivachse um den Faktor fünf bis sieben verbessert
werden. In seinem neuen, RESOLFT genannten Konzept werden bestimmte
optische Übergänge zweier Zustände eines Fluoreszenzmarkers dazu
genutzt, die von Abbé bestimmte Beugungsgrenze aufzuheben und das
Auflösungsvermögen nochmals weiter zu steigern. Diesmal in der Ebene
senkrecht zur Objektivachse. Beide Verfahren sollten sich zu einem
Supermikroskop verbinden lassen, mit einer dreidimensionalen
Auflösung, die in den Bereich der Größe einzelner Proteinmoleküle
kommt.
Fluoreszenz nutzt beispielsweise auch Dr. Udo Birk
vom Heidelberger Kirchhoff-Institut für Physik bei der so genannten "Spatially
Modulated Illumination" Mikroskopie (SMI). Durch zwei gegenläufige und
genau aufeinander abgestimmte Laserstrahlen, die eine so genannte
strukturierte Beleuchtung erzeugen, wird das Größenauflösungsvermögen
des Mikroskops verbessert, bis hinunter zu wenigen zehn Nanometer. So
kann etwa festgestellt werden, wie viele Proteine sich zu Komplexen
zusammenballen oder wo genau ein Molekül sich überhaupt in der Zelle
befindet - und das mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern.
Es ist zu erwarten, dass diese und andere neue
Verfahren der höchstauflösenden lichtoptischen Bildgebung das Wissen
über die zellulären Nanostrukturen entscheidend verbessern werden.
Dies wird von großer Bedeutung sein für unser grundlegendes
Verständnis der Lebensvorgänge; ein solches verbessertes Verständnis
wird langfristig aber auch neue Möglichkeiten der Gesundheitsforschung
eröffnen.
Um bestimmte Moleküle in den Zellen beobachten zu
können, müssen diese aber markiert werden. Christoph Cremer vergleicht
das mit dem Versuch, vom Mond aus Biertrinker, die Heidelberger Biere
konsumieren, herauszufinden. Das kann eigentlich nur dann gelingen,
wenn in Heidelberg hergestellte Biere auf eine bestimmte Art und Weise
optisch gekennzeichnet würden, beispielsweise in dem sie blau gefärbt
werden. Auf dem Mond könnte man dann mit Hilfe eines superauflösenden
Teleskops alle Genießer Heidelberger Biere als kleine blaue
Lichtpünktchen identifizieren. Ähnlich verhält es sich auch mit den
Molekülen in den Zellen, die mit Hilfe besonderer Markierungsmethoden
sichtbar werden. "Ohne diese Technik funktioniert auch die
hochauflösende Lichtmikroskopie nicht", gibt Christoph Cremer zu
bedenken. Dementsprechend war dieser Methodik genauso wie den
Anwendungen der modernen Lichtmikroskope ein breiter Raum während des
Symposiums gewidmet. Hier zeigten beispielsweise Biologen,
Molekularbiologen und Chemiker, wo derzeitige und zukünftige
Einsatzgebiete hochauflösender Lichtmikroskopie liegen.
"Den zukünftigen Entwicklungen im Bereich der
Lichtmikroskopie wurde am Rande der Tagung ebenfalls Rechnung
getragen", blickt Christoph Cremer schon ein Stück in die Zukunft.
Dabei wurden erste Pläne entwickelt, ein International Molecular
Imaging Laboratory (IMIL) zu gründen, in dem die Forschungs- und
Lehraktivitäten der beteiligten Institutionen und Forschungsrichtungen
in diesem Bereich gebündelt werden. Aber auch die Entwicklung der
Lichtmikroskopie ist noch lange nicht an ihrem Ende angelangt, und so
gibt es Überlegungen, ein neues Super-Lichtmikroskop zu bauen, das an
das Auflösungsvermögen eines Rasterelektronenmikroskops heranreicht
und dabei gleichzeitig vielfarbige Aufnahmen zulässt. |
