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Montag, 21.05.2018
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Überblick

Das Wichtigste in Kürze

  • Früher dachte man, jede lebende Zelle enthalte in der Hauptsache Wasser, in der vereinzelte Partikel treiben. Mittlerweile weiß man jedoch, dass das nicht so ist. Wie viele Makromoleküle das Zellinnere jedoch wirklich bevölkern, konnte erst vor kurzem mithilfe der Kryo-Elektronentomographie nachgewiesen werden.


  • Die Idee, Elektronentomographie für wissenschaftliche Zwecke zu betreiben, ist schon 35 Jahre alt. Erst im Laufe der neunziger Jahre hatten sich jedoch die Geräte- und vor allem die Computertechnik und Informatik so weit entwickelt, dass man allmählich an einen Einsatz für Auflösungen im Nanometerbereich auch bei intakten Zellen denken konnte.


  • Bevor die Zellen per Elektronentomographie untersucht werden können, muss man sie präparieren. Zunächst gibt man sie auf ein feines Netzchen, das so konstruiert ist, dass die Zellen nicht durchrutschen, trotzdem aber durch die Maschen hindurch sichtbar bleiben. Um das empfindliche Objekt „vakuumfähig“ zu machen und die Zellen in ihrem natürlichen Zustand zu bewahren, wird es anschließend schockgefroren.


  • Im Gegensatz zur Computertomographie in der Klinik ist es bei der Elektronentomographie nicht sinnvoll, das Mikroskop rund um das Objekt zu führen. Hier wird die Zelle gedreht, während die „Lichtquelle“, also die Quelle der Elektronenstrahlen, an ihrem Platz bleibt.


  • Sind die Bilder erst einmal im Kasten, sprich Computer, beginnt die zeitaufwändige Verarbeitung der Daten. Viele der Einzelbilder sind sehr "verrauscht" – oft erkennt das menschliche Auge darauf nur schemenhafte Schleier.


  • Erst nach der Aufbereitung und Neukombinierung der Bilder durch die Wissenschaftler lüften sich die Schleier und man kann aus der Datenflut Objekte herausfiltern, die sich klar von der Umgebung abgrenzen lassen.


  • Ist das räumliche Bild der Zelle erst einmal bestimmt und erscheint auf dem Computerbildschirm, muss das Gewirr in ihrem Inneren noch gegliedert und in fassbare Strukturen eingeteilt werden. Da jede Struktur beliebig in drei Raumrichtungen gedreht sein kann, dauert es Stunden oder Tage, bevor der Rechner einen 3-D-Datensatz analysiert und entsprechende Formen lokalisiert hat, die er dann zur besseren Unterscheidung farbig markiert.


  • Nicht die Rekonstruktion isolierter Moleküle ist dabei das Ziel, sondern vielmehr, solche Strukturen im Kontext der Zelle zu betrachten. Die Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass es in der Zelle jenseits des einzelnen Moleküls eine übergeordnete Organisation gibt, eine Organisation in Form einzelner‚ molekularer Maschinen’, die sich nur mithilfe nicht invasiver Methoden untersuchen lässt.


  • Das Elektronentomogramm einer Zelle ist ein Abbild ihres gesamten Proteoms, das man prinzipiell nach den verschiedensten Molekülkomplexen absuchen kann, soweit die Erkennbarkeit und Auflösung der rekonstruierten Strukturen dies zulässt. Die Detail-Auflösung in 3-D liegt im Moment etwa bei vier Nanometern und ist bisher nur für das Auffinden größerer Proteinkomplexe geeignet.


  • Viele Zellen sind für die Durchstrahlung mit Elektronen einfach zu dick. Um sie der Elektronentomographie zugänglich zu machen, wollen die Forscher sie erst einfrieren und den Eisblock dann in dünne Scheiben schneiden, deren 3- D-Bilder einen Blick in die Zelle gestatten. So hoffen die Wissenschaftler, immer weiter in die Geheimnisse der Strukturen so unterschiedlicher Zellen wie Bakterien oder Neuronen einzudringen und dabei aufregendes Neuland zu betreten.
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Stand: 18.03.2004
 
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