MINT-Abendsprache: Prof. Cremer „Superauflösende Lichtmikroskopie“

Am 17. Januar besuchte Professor Cremer aus dem Institut für Molekulare Biologie in Mainz das Internat Solling und hielt einem Vortrag über die Entwicklung der Mikroskopie. Prof. Cremer promovierte im Bereich Biophysik zum Thema „Humangenetik“ in Freiburg und war Professor in Heidelberg sowie Mainz und forschte an der Universität Freiburg. Der Vortrag „Superauflösende Lichtmikroskopie“ begann mit den biologischen Grundlagen wie dem Aufbau der Zelle sowie mit der Geschichte der Mikroskopie. Der Mikroskop-Forscher E. Abbe aus dem 19. Jahrhundert berechnet mithilfe einer Formel, dass die Kapazität eines Mikroskops nie über 200 nm hinausgehen würde. Die Entwicklung mehrerer Methoden in den 90‘er Jahren des 20. Jahrhundert zeigen, dass es nicht stimmte. Heute ist es sogar möglich mithilfe der letzten Forschungsergebnisse nicht nur Objekte auf 10 nm zu mikroskopieren, sondern auch räumliche Darstellungen zu machen.

Die erste Methode, die uns vorgestellt wurde, „Focused Nanoscopy“, befasste sich mit dem Ansatz, dass das Objekt unter dem Mikroskop von allen Seiten beleuchtet werden muss und nicht nur von oben. Diese Methode wurde zwar nicht realisiert, aber die Weiterentwicklung, die sich darauf basierte, führte 1994 zum Einbauen von 2 Linsen in das Mikroskop. Die zweite dargestellte Forschung „Stimulated Emission“ erhielt 2014 einen Nobelpreis für Chemie: diese basierte auf der Aufnahme von durch Fluoreszenz markierten Molekülen und deren Bewegung in der Zelle. So stellte man tausende Bilder zusammen und konnte die Position der Gene oder bestimmter Proteine bestimmen. Die Entwicklung dieser Methode fand Verwendung in vielen Bereichen, z. B bei der Diagnostik der Zellen, Nachweis der kleinen Konzentrationen der Giftstoffe in der Zelle, Untersuchung der Krankheiten oder Augenheilchirurgie. Eine weitere Methode, „Spektrale Signaturen“, befasst sich mit der Unterscheidung der Moleküle durch Farbstoffe bzw. „Blinking“ – so, hat man nicht nur hell-dunkel Bilder erhalten, sondern auch mit „leuchtenden“ „markierten“ Molekülen, somit kann man bestimmte Moleküle räumlich erkennen und positionieren. Diese Erkenntnis ist wichtig für die Krebsuntersuchung oder Schaden durch Strahlung sowie für die Erforschung der Organisation des Genoms.

Das Thema des Vortrags war hauptsächlich die Forschung an dem menschlichen Genom und der Lage der Chromosomen in der Zelle, deren Position man über 2D-Mikroskope nicht festlegen konnte. Mit der Entwicklung der 3D-Darstellungsmöglichkeiten, die durch die Lasermikroskope ermöglicht wurden, welche auch viel kleinere Strukturen erkennen können, erhielt man die Chance über die „territoriale“ Organisation der Chromosomen, Ordnung in der Zelle und weitere Nanostrukturen eine genau Erkenntnis zu bekommen. Diese werden bereits heute für die Bekämpfung des Herzinfarkts, an dem ca. 60% der Menschen sterben, und anderer Krankheiten eingesetzt.

Der Vortrag war hochspannend und für die Schüler sehr verständlich vermittelt und wir danken Prof. Cremer, dass er sich die Zeit dafür genommen hat. 

Text: Veronika Y., Klasse 12