Röntgenlaser durchleuchtet lebende Bakterien

Üblicherweise sind biologische Zellen tot und chemisch fixiert, wenn sie mit Röntgenstrahlung untersucht werden. Ein internationales Forscherteam hat nun jedoch erstmals lebende Bakterienzellen mit dem weltstärksten Röntgenlaser durchleuchtet. Die verwendete Methode erreicht eine höhere räumliche und zeitliche Auflösung als optische Mikroskopieverfahren und bietet zudem die Möglichkeit, detaillierte dreidimensionale Modelle der Zelle zu erstellen. Das Team stellt seine Untersuchungen im Fachjournal „Nature Communications“ vor.

Rekonstruktion eines Cyanobakteriums aus dem Röntgenstreubild abgebildet in rot, gelb, grün und blau Tönen.
Rekonstruktion eines Cyanobakteriums aus dem Röntgenstreubild

In ihren Experimenten sprühten die Wissenschaftler um Gijs van der Schot von der Universität Uppsala in Schweden lebende Cyanobakterien in einem feinen Nebel in den Strahl des Röntgenlasers LCLS am Forschungszentrum SLAC in Kalifornien. Treffen die ultrakurzen Röntgenblitze des Lasers auf eine Bakterienzelle, werden sie in charakteristischer Weise gestreut. Aus dem Streubild, das von einem Detektor aufgezeichnet wird, lässt sich die räumliche Struktur der untersuchten Zelle berechnen und somit ein Abbild rekonstruieren. „Obwohl die Röntgenstrahlung die Zellen zerstört, lassen sich mit den ultrakurzen und sehr hellen Blitzen eines Röntgenlasers Streubilder schnell genug aufnehmen, um ein korrektes Bild der Probe zu gewinnen, bevor sie verdampft“, erklärt Koautor Anton Barty vom Center for Free-Electron Laser Science am Forschungszentrum DESY in Hamburg.

Tatsächlich könnten die Aufnahmen sogar noch besser sein: „Wir können bislang nur bis zu einer Auflösung von 76 Nanometern exakt rekonstruieren. Aber die gesammelten Daten deuten darauf hin, dass wir bis hinunter zu vier Nanometern gehen können, das ist die Größe eines Proteinmoleküls“, betont Teammitglied Tomas Ekeberg von der Universität Uppsala. Die in der Studie verwendete Methode kann Forschern helfen, die Details der Funktionsweise einer Zelle besser zu verstehen. Darüber hinaus könnten sich Zellen und die Zellaktivität mithilfe des Verfahrens dreidimensional modellieren lassen – und damit wichtige Einblicke in fundamentale Prozesse gewinnen, die etwa für die Infektionsforschung von Bedeutung sind.