Das Magazin - Ausgabe 03 - Systembiologie

egrenzt. Ernst Abbe hatte die Zusammenhänge der optischen Auflösung
im Mikroskop vor etwa 150 Jahren systematisch erkannt und
die in jedem Physik- und Biologielehrbuch festgehaltene Formel
Formel 1:
Formel 2:
für die beugungsbegrenzte Auflösung aufgestellt. Dabei steht d
für den minimalen Abstand, den zwei gleichartige Objektdetails
voneinander haben müssen, um im Mikroskop getrennt zu werden.
n ist die Brechzahl des Mediums und ɑ der Öffnungswinkel
des Objektivs.
Das Problem…
Ein Lichtstrahl kann demzufolge nicht auf einen kleineren Fleck
fokussiert werden als etwa 200 nm, was dazu führt, dass alle Fluoreszenzmoleküle
in diesem Fleck gleichzeitig aufleuchten. Zudem
wird ein auch noch so kleines Objekt als ein beugungsbegrenzt
großer Leuchtfleck von etwa 200 nm im Bild wiedergegeben.
Wie kann es nun gelingen, trotz dieses allgegenwärtigen Phänomens
der Beugung, enger benachbarte gleichartige Objektdetails
getrennt wahrzunehmen, das heißt aufzulösen?
…und dessen Lösung
Die Antwort darauf scheint einfach: Man muss, mit welchem
Mechanismus auch immer, dafür sorgen, dass die einzelnen
Objektdetails innerhalb eines beugungsbegrenzten Flecks nicht
mehr gleichzeitig, sondern nacheinander aufleuchten, damit sie
getrennt detektiert werden können. Trotz dieses einfach klingenden
Lösungsansatzes gelang die Realisierung erstmals 1994 mit
dem von Stefan Hell entwickelten STED-Mikroskopie Verfahren.
STED steht für „Stimulated Emission Depletion“ (Hell, 2007 und
2008), was bedeutet, dass man den angeregten Zustand eines Fluoreszenzmoleküls
nicht zulässt (depletion = engl. für Löschen).
Dies geschieht, indem man das Molekül mit Licht bestrahlt, so
dass es nach der Anregung sofort wieder in den Grundzustand
versetzt wird.
Abbildung 2: Konfokale Abbildung aus dem Hippocampus eines Mäusehirns
Links ist eine konfokale Abbildung (10x10 µm) einer
Probe (T. Dresbach, Universität Heidelberg) aus dem
Hippocampus eines Mäusehirns dargestellt. Das präsynaptische
Protein Bassoon wurde mit dem Farbstoff
ATTO565 gefärbt. Für die rechte Abbildung wurde
der STED Strahl eingeschaltet. Insbesondere die
Ausschnittsvergrößerung zeigt deutlich, dass mit dem
STED-Verfahren viel feinere Strukturen und zelluläre
Details der Synapsen aufgelöst werden können.
Bild: Dr. M. Reuss, DKFZ
www.systembiologie.de Forschung Die Beugungsgrenze überwunden 53