Schärfere Bilder durch künstliche Aminosäuren

12.10.2021

Dr. Gerti Beliu leitet eine neue Forschungsgruppe am Rudolf-Virchow-Zentrum. Er setzt die „Click-Chemie“ ein, um die Auflösung der Mikroskopie zu verbessern und neue Anwendungen für die Biomedizin zu entwickeln.

Dr. Gerti Beliu in seinem Labor. (Bild: Judith Flurer / Universität Würzburg)

Mit der Technologie der „Click-Chemie“ will Dr. Gerti Beliu am Rudolf-Virchow-Zentrum – Center for Integrative and Translational Bioimaging die Möglichkeiten der Mikroskopie verbessern und Details sichtbar machen, die momentan noch nicht erkennbar sind.

„Diese Technik hat das Potential, die Mikroskopie zu revolutionieren, ihre biomedizinische Anwendbarkeit steckt aber im Moment noch in den Kinderschuhen“, erklärt Beliu. Mit seiner Forschungsgruppe möchte er die Grundlagen der Methode besser verstehen und sie breiter einsetzbar machen. In der Zukunft hält Beliu eine Anwendung auch in der Medizin für möglich.

Neue Technik ermöglicht bessere Auflösung

In der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie ist inzwischen eine Auflösung von unter 10 Nanometern (ein Nanometer ist ein millionstel Millimeter) möglich. Sie liefert damit rund 50-mal schärfere Bilder als die herkömmliche Lichtmikroskopie.

Um ein bestimmtes Protein sichtbar zu machen, wird es in der Mikroskopie meistens mit zwei aneinanderbindenden Antikörpern markiert, an die ein fluoreszierender Farbstoff gekoppelt ist. Ein Antikörper ist zwischen 10 und 15 Nanometer groß. Dadurch liegt das Fluoreszenzsignal bis zu 30 Nanometer neben der eigentlich markierten Stelle.

Bei der von Beliu verwendeten Click-Chemie wird eine bestimmte chemische Struktur an ein einzelnes Biomolekül, zum Beispiel an eine einzelne Aminosäure, angehängt.

„An diese künstliche Aminosäure kann nun der Farbstoff direkt, ohne Antikörper, wie ein passendes Puzzleteil binden. Dadurch werden viel schärfere Bilder möglich und man kann zum Beispiel kleine, direkt nebeneinanderliegende Proteine einzeln erkennen, die man mit Antikörpern gar nicht hätte unterscheiden können“, sagt Beliu.

Medizinische Anwendung denkbar

Die Verwendung der Click-Chemie hat neben der besseren Auflösung noch weitere Vorteile. So ist die Bindung der beiden „Puzzleteile“ sehr spezifisch und stört die normalen Abläufe in der Zelle nicht. Das ist eine wichtige Voraussetzung für eine nebenwirkungsarme medizinische Anwendung.

Krebszellen nehmen zum Beispiel auf Grund ihrer schnellen Zellteilung bestimmte Verbindungen stärker auf als andere Zellen. An diese in den Krebszellen gehäuft vorkommenden Verbindungen könnten die „clickbaren“ chemischen Strukturen angeheftet werden. Wird das zweite „Puzzleteil“ der Click-Chemie an einen medizinischen Wirkstoff gebunden, so könnten die Krebszellen damit womöglich sehr effektiv bekämpft werden. „Bevor es zu einer medizinischen Anwendung kommt sind allerdings noch einige Fragen der Grundlagenforschung zu klären. Genau das wollen wir angehen“, erklärt Beliu.

Zur Person

Dr. Gerti Beliu hat an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) Biologie studiert. Anschließend promovierte er in der Forschungsgruppe von Professor Markus Sauer am Biozentrum. Sauer ist Experte für hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie. Auf diesem Gebiet spezialisierte sich Beliu in seiner Zeit als Postdoktorand am Biozentrum der JMU weiter, bevor er jetzt am Rudolf-Virchow-Zentrum seine eigene Forschungsgruppe startete.