Rot leuchtende Zellen unter dem Mikroskop

Mikroskop mit Seitenspiegel macht Vorgänge im Zellkern sichtbar

Um die Vorgänge in lebenden Zellen zu beobachten, welche normale Licht- oder Elektronenmikroskope nicht zeigen können, nutzen Forscher gern die Fluoreszenzmikroskopie. Sie koppeln dazu Zellbestandteile mit bestimmten Farbstoffen, die bei Anregung durch Licht kurz aufleuchten und so ihre Position verraten. Jetzt haben Forscher mit einem Spiegeltrick erreicht, dass sogar die Vorgänge in Zellkernen detailliert sichtbar werden: Als flaches Lichtbündel durchleuchtet ihr vom Spiegel umgelenkter Strahl die Zelle von der Seite. So entstehen Aufnahmen einzelner dünner Schichten des Zellkerns, berichten die Forscher im Fachblatt „Nature Methods“. Weil in ultrakurzen Abständen von unten nach oben immer neue Aufnahmen entstehen, ergeben sie zusammengenommen ein klareres Bild ins Herzstück einer aktiven Zelle. Die Methode namens RLSM macht die inneren Abläufe im Kern sichtbar, bis hin zum Zusammenspiel von Proteinen und Genen.
 
RLSM steht für reflected light-sheet microscopy, die Mikroskopie reflektierter Lichtebenen oder dünner Schichten. Zum Umlenken des Lichts nutzten Christof  Gebhardt und David Suter von der Harvard Universität einen mikroskopisch kleinen Spiegel, der normalerweise in Rasterkraftmikroskopen eingesetzt wird. Unmittelbar neben der Zelle platziert, lenkte er den von oben auftreffenden Lichtstrahl eines typischen Fluoreszenzmikroskops um 90 Grad zur Seite und schickte ihn als dünne Lichtschicht so durch die Zelle, dass der Fokuspunkt des Strahls genau im Zellkern lag. Der Detektor des Mikroskops, welcher die Fluoreszenzen registriert, lag wie üblich unterhalb der Zellproben.
 
Im Experiment untersuchte das Team um Gebhardt und Suter einzelne Tumorzellen auf einem typischen gläsernen Laborobjektträger, der minimal auf und ab gesteuert wurde. So ließen sich einzelne dünne Schichten in schneller Abfolge durchleuchten – in einer zeitlichen Auflösung der Aufnahmen von bis zu 100 Hertz. Das erlaubte es, mit bis dahin unerreichter Klarheit einzelne fluoreszierende Proteine und ihre Aktivität in lebenden Säugetierzellen darzustellen. Auf diese Weise konnten die Forscher beobachten, wie bestimmte Proteine, sogenannte Transkriptionsfaktoren, mit DNA-Strängen im Zellkern interagierten. Transkriptionsfaktoren sorgen durch ihre Bindung an bestimmte Stellen des Erbgutstrangs für das Ein- oder Ausschalten einzelner Gene. So dürfte RSLM den Biologen deutlich genauere Einblicke in solche Abläufe lebender Zellen verschaffen als bisher – auf wenige Nanometer genau und mit einer zeitlichen Genauigkeit von Millisekunden.
 
Die Forscher nennen mehrere Vorteile ihrer neuen Methode: Zum einen ließen sich handelsübliche Fluoreszenzmikroskope relativ leicht für eine solche Licht-Schicht-Beleuchtung umkonstruieren. Zweitens ließen sich bis zu 0,5 Mikrometer dünne anregende Lichtschichten erreichen, und drittens könnten diese eine Zellprobe beinah in ganzer Höhe durchleuchten. Dank des Spiegels lassen sich die Lichtschichten nämlich sehr nah an die Glasunterlage heranbringen, es bleibt nur eine Lücke von rund zwei Mikrometern – gering genug, dass bei den meisten Zellkernen von Säugetierzellen keine wichtigen Bereiche fehlen. Die Spiegeltechnik liefere klarere Bilder als andere Fluoreszenztechniken. Vor allem aber sei das Betrachten lebender Zellen kein kompliziertes Experiment mehr, schreibt das Team: „Es sind keine speziellen Beobachtungskammern nötig, denn handelsübliche Kulturschalen mit Glasboden lassen sich sowohl für die Zellkultur als auch für die Bildgebung nutzen.“