Leuchtende Farbstoffmoleküle helfen Molekularbiologen, Proteine und deren Funktion zu untersuchen. Deutsche Wissenschaftler gingen nun einen Schritt weiter und entwickelten ein neues Mikroskop, mit dem sie jedes einzelne Farbstoffmolekül – angedockt an einen DNS-Strang – beobachten können. Damit erreichten sie eine fast atomare Auflösung von nur zehn Millionstel Metern. Laut ihrem Bericht im Fachblatt Physical Review Letters ließe sich diese in Zukunft sogar noch steigern.
“Die Metallspitze des Mikroskops liefert gleichzeitig ein hochaufgelöstes Bild der Topografie und ein optisches Signal für die detaillierte Oberflächen-Analyse”, erklären Heinrich Frey und seine Kollegen von der Abteilung Molekulare Strukturbiologie am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried. Um mit ihrem so genannten Rasternahfeldmikroskop eine so hohe Auflösung zu erreichen, beleuchteten die Forscher die Nanometer feine Spitze aus Metall mithilfe einer Glasfaser. Eine Blendenöffnung begrenzt das einfallende Laserlicht auf einen kleinen Bereich um die Abtastspitze, so dass ein vorzeitiges Ausbleichen der Fluoreszenzfarbstoffe minimiert wird – ein Problem, mit denen alle Fluoreszenzmikroskope bisher leben mussten.
Die Spitze selbst sorgt noch einmal für eine weitere Konzentration des Lichts an ihrem Ende. Hierbei rastert die Nadelspitze eine Oberfläche ab. Einerseits erhalten die Forscher damit durch Kraftwechselwirkung Daten über die Topographie der Probe, andererseits liefert das Laserlicht gleichzeitig optische Details des Objekts. So können fluoreszenzmarkierte oder auch selbst fluoreszierende Moleküle, zum Beispiel an der Oberfläche von biologischen Strukturen, mit sehr hoher Auflösung erkannt werden. In ihrem Versuch verknüpften die Forscher die Enden von DNS-Molekülen mit dem Farbstoff Cy-3.
Basierend auf diesen ersten Experimenten lassen sich bei biologischen Strukturen Rückschlüsse auf ihren Standort und ihre Funktion in einer Zelle ziehen. Frey und Kollegen sind sich sicher, dass diese neue optische Nahfeldmikroskop bereits jetzt völlig neue Untersuchungsmöglichkeiten für die Molekular- und Zellbiologie ermöglicht.
Jan Oliver Löfken
