Proteine genauer im Auge behalten

In der Mikroskopie können kleinste Bewegungen das Ergebnis verzerren, was vor allem die Untersuchung von Proteinen erschwert. US-Wissenschaftler haben jetzt eine unerschütterliche Stabilisierung entwickelt.

Forscher an der University of Colorado in Boulder und am National Institute of Standards and Technology (NIST) haben eine Vorrichtung entwickelt, mit der sich unterschiedliche Mikroskope stabilisieren lassen, so dass Wissenschaftler damit die komplexe Faltung und Entfaltung von Proteinen im Zeitverlauf beobachten können. Das Gerät ist eine einfache Ergänzung, die an vorhandenen Instrumenten angebracht werden kann. Die werden dadurch so leistungsfähig, dass sie Bilder eines der am schwersten zu erforschenden Prozesse im Körper liefern.

Die Form eines Proteins bestimmt darüber, welche Funktion es im Körper hat. Zu verstehen, wie sie entsteht, ist deshalb entscheidend für eine Zukunft mit künstlich synthetisierten Proteinen. Faltung und Entfaltung sind besonders schwierig zu erfassen. Denn Proteine existieren relativ lange in einem bestimmten Zustand, um dann recht plötzlich ihre Form zu verändern.

"Wenn man versucht, diese extrem kleinen biologischen Bewegungen zu messen, sieht man manchmal ungewöhnliche Sachen. Dann stellt sich die Frage, ob sich das Instrument verschoben hat oder ob man ein interessantes biologisches Phänomen entdeckt hat", sagt Robert Walder, Hauptautor des Fachbeitrags über die Neuerung.

Ohne die Stabilisierungstechnik passiert unabhängig von der Auflösung eines Mikroskops meist dies: Beim Erfassen von plötzlichen Bewegungen wie eben dem Falten und Entfalten von Proteinen wird das Bild unscharf.

Die Stabilisierungshilfe – bestehend aus einem Satz Lasern und einem einzelnen Detektor – lässt sich am Kamera-Port von Mikroskopen anschließen, die schon heute zur Untersuchung von Proteinen verwendet werden, etwa Rasterkraftmikroskope oder optische mit extrem hoher Auflösung. In beiden Fällen wird die Bewegung eines Proteins durch Änderungen in der Streuung von Laserlicht erkannt.

Um sicherzustellen, dass tatsächlich nur Bewegungen des Proteins erfasst werden, haben Walder und Kollegen ihr System um eine Reihe von kleinen, stabilen Strahlen herum entwickelt, die als stationäre Referenz dienen. Außerdem arbeiten die Laser mit einer Frequenz, die von anderer Laborelektronik nicht genutzt wird, was Störeffekte verhindert.

Bislang gilt jedes Mikroskop, das 100 Sekunden lang klare Bilder erfassen kann, als der Goldstandard – auch wenn das für die Untersuchung von Proteinen nicht ausreicht. Mit der neuen Vorrichtung lassen sich Mikroskope bis zu 28 Stunden am Stück lang stabil halten. Das ist vermutlich deutlich länger, als jemals nötig wäre, doch es zeigt, dass die Technologie unerschütterlich ist.

"Wir hoffen, dass die Stabilisierung Untersuchungen von biologischen Bewegungen ermöglicht, die komplexer sind als alles, was bislang untersucht wurde", sagt Thomas Perkins, Co-Autor des Fachartikels. (sma)