Presseseite Ralf Jungmann
Gruppenbild mit Molekülen
In Zellen geht es häufig zu wie auf Großbaustellen, wenn hunderte von Molekülen mit unterschiedlichen Funktionen zusammenwirken. Die einzelnen zellulären Akteure und ihre vielschichtigen Interaktionen lassen sich mit Hilfe fluoreszierender Farbstoffe in hoch auflösenden Mikroskopen sichtbar machen - wenn auch bislang immer nur einige wenige zur selben Zeit. Damit werden einzelne Aspekte hochkomplexer Szenen abgebildet, die zwar wertvolle Einsichten, aber noch keinen umfassenden Überblick liefern.
Um die gesuchten Zielmoleküle sichtbar zu machen, nutzen die Wissenschaftler hochsensitive Lasermikroskope.
Ein neues von Ralf Jungmann entwickeltes Verfahren soll hier nun für Abhilfe sorgen: die sogenannte DNA-PAINT-Superauflösungsmethode. Sie erlaubt ihm und seiner Forschungsgruppe „Molekulare Bildgebung und Bionanotechnologie" hunderte unterschiedlicher Moleküle gleichzeitig in einer experimentell fixierten Zelle mit bislang unerreichter räumlicher Auflösung nachzuweisen.
Wie herkömmliche Techniken auch, setzt das Verfahren auf fluoreszierende Farbstoffe als Marker für zelluläre Strukturen. Dabei werden das jeweils gesuchte Molekül und der Farbstoff an einen eigenen kurzen DNA-Strang gekoppelt. Diese Stränge sind wiederum komplementär und binden aneinander. Diese Interaktion bringt den Farbstoff zum Leuchten - und verrät so das Zielmolekül. Der große Vorteil der indirekten Bindung über die DNA-Stränge ist aber, dass sich die Wechselwirkung über deren programmierbare Sequenz regulieren lässt. Kurz gesagt: Über den genauen Aufbau der Stränge, also die Abfolge der DNA-Bausteine, können die Forscher beispielsweise deren Bindungsstärke kontrollieren: Sind sie nur schwach komplementär, lösen sich die Stränge schnell wieder voneinander und das Signal verschwindet. Was sich wie ein Nachteil anhört, ist im biologischen Experiment von Nutzen. Denn so ist die Bühne frei für neue Farbstoffe, die andere zelluläre Moleküle nachweisen. Exchange-PAINT nennt Jungmann diesen Ansatz, wenn in mehreren Runden dutzende oder sogar hunderte verschiedener Moleküle angefärbt werden. Übereinandergelegt ergeben diese Aufnahmen eine Art Gruppenfoto als Überblick über die vielschichtigen molekularen Interaktionen.
Die Einsatzmöglichkeiten der Methode sind fast unbegrenzt. Jungmann etwa möchte das Verfahren mit seiner Forschungsgruppe nutzen, um die Zusammensetzung und Funktion wichtiger Oberflächenmoleküle zu analysieren. Denkbar ist auch, krankhafte Veränderungen auf diesem Weg nachzuweisen oder den Erfolg von Therapien zu überprüfen. In diesem Bereich könnte eine weitere Neuerung aus Jungmanns Arbeit zum Tragen kommen: Der Biophysiker entwickelte mit Kollegen winzige dreidimensionale Käfige aus DNA, die sich selbst zusammensetzen, extrem stabil sind und beispielsweise medizinische Wirkstoffe transportieren könnten.
Schwerpunkt in seinem Labor sind aber neue Anwendungen der DNA-PAINT-Verfahren. Eine Art „Barcoding“ etwa könnte komplexe Moleküle in einem standardisierten Verfahren nachweisen. Schon jetzt ist der Ansatz viel weniger aufwändig als andere Mikroskopiermethoden in diesem Bereich - und sollte künftig nicht nur für spezialisierte Forschergruppen attraktiv sein.
