Wie Photoblueing die Mikroskopie stört |
Bei der hochauflösenden Fluoreszenz-Mikroskopie kann ein unerwünschter Effekt auftreten, das Photoblueing. Wie man ihn verhindern oder für die Forschung nutzbar machen kann, zeigt eine neue Publikation in „Nature Methods“.
Neueste Entwicklungen der Fluoreszenzmikroskopie erlauben es,
einzelne Moleküle in Zellen oder Molekülkomplexen mit einer räumlichen
Auflösung von bis zu 20 Nanometer abzubilden. Dabei tritt aber unter
Umständen ein Effekt auf, der die Ergebnisse verfälscht: Das verwendete
Laserlicht kann in der Probe sehr reaktive Sauerstoffmoleküle entstehen
lassen. Diese können dann die eingesetzten Fluoreszenz-Farbstoffe so
stark beschädigen, dass sie nicht mehr fluoreszieren. Unter
Mikroskopie-Fachleuten ist dieser Effekt unter dem Namen Photobleaching
bekannt.
Verschiedene Fluoreszenz-Farbstoffe können durch
Photobleaching aber auch so umgewandelt werden, dass sie Licht von
kürzerer Wellenlänge absorbieren. „Ein zuvor rot fluoreszierender
Farbstoff leuchtet dann grün. Seine Fluoreszenz wurde auf der
Wellenlängenskala zum blauen Bereich hin verschoben. Daher heißt dieser
Effekt Photoblueing“, erklärt Professor Markus Sauer, Experte für
superauflösende Mikroskopie vom Biozentrum der
Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU).
Erste exakte Beschreibung des Photoblueing
Sauers
Team präsentiert nun im Journal Nature Methods erstmals den exakten
molekularen Mechanismus des Photoblueing für Cyaninfarbstoffe wie Cy5.
An der Publikation beteiligt ist auch Dr. Martin Schnermann vom Center
for Cancer Research in Frederick (USA).
„Weil wir den Mechanismus
so exakt verstanden haben, gelang es uns, das Photoblueing durch
einfache Zusätze wie Vitamin C zu verhindern oder es durch die Zugabe
einer Art Katalysator zu erhöhen“, sagt Markus Sauer.
Das
Photoblueing zu unterbinden, kann durchaus wichtig sein. Der Effekt kann
zwar nur wenige Prozent des eingesetzten Farbstoffs betreffen, trotzdem
aber zu Fehlern oder Fehlinterpretationen der Mikroskopie führen, zum
Beispiel bei Energietransferexperimenten (FRET). Das liegt daran, dass
die umgewandelten Farbstoffe ebenso hochempfindlich detektiert werden
wie die Ausgangsprodukte.
Einfache Puffer verhindern das Photoblueing
„Unsere
Ergebnisse zeigen, welche Farbstoffe davon betroffen sind und wie man
das Photoblueing durch einfache Pufferzusätze verhindern kann“, fasst
Sauer die Inhalte des Nature-Methods-Papers zusammen. „Sie zeigen aber
ebenso, wie man das Photoblueing eventuell vorteilhaft für die
Fluoreszenzbildgebung und für die Verfolgung von einzelnen, gezielt
umgewandelten Farbstoffmolekülen einsetzen kann.“
Genau das will
Sauers Team als nächstes angehen: Das Photoblueing soll unter anderem
für die gezielte Verfolgung einzelner bakterieller und viraler Partikel
bei Infektionsprozessen weiterentwickelt werden. Die hier beschriebenen
Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG gefördert.
Den Artikel finden Sie unter:
https://www.uni-wuerzburg.de/aktuelles/pressemitteilungen/single/news/wie-photoblueing-die-mikroskopie-stoert-1/
Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg (02/2021)
Publikation: Photoblueing
of organic dyes can cause artifacts in super-resolution microscopy.
Dominic A. Helmerich, Gerti Beliu, Siddharth S. Matikonda, Martin J.
Schnermann, Markus Sauer. Nature Methods, 25. Februar 2021, https://doi.org/10.1038/s41592-021-01061-2 |