Ludwig-Maximilians-Universität München
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Physik

Die Vermessung der Nanowelt

München, 12.09.2018

Forscher haben eine Methode zur Bestimmung von Abständen innerhalb einzelner Moleküle entscheidend verbessert.

Forschende aus der ganzen Welt haben einen Maßstab für die FRET-Technologie definiert, indem sie Entfernungen innerhalb von DNA-Molekülen im Subnanometerbereich gemessen haben. Quelle: Hugo Sanabria, Nandakumar Chedikulathu Vishnu/Universität Clemson

Die sogenannte Einzelmolekül-FRET-Methode ermöglicht es, die Bewegungen einzelner Moleküle in lebenden Zellen in Echtzeit zu beobachten. Diese Informationen sind wichtig, um grundlegende Lebensprozesse zu verstehen. Einer weltweiten Kooperation, an der insgesamt 20 Labore beteiligt waren, ist es nun gelungen, die Methode entscheidend zu verbessern. Zu diesem Erfolg beigetragen haben auch die LMU-Wissenschaftler Professor Thorben Cordes, Professor Don C. Lamb und Professor Philip Tinnefeld, die mit ihren drei Laboren an der aktuell im Fachmagazin Nature Methods veröffentlichten Studie mitgewirkt haben.

FRET (Förster Resonance Energy Transfer) funktioniert ähnlich wie Näherungssensoren im Auto: Dort warnen Pieptöne umso lauter oder häufiger, je näher der Fahrer einem Objekt kommt. Bei FRET werden Distanzen nicht akustisch, sondern mithilfe von Licht erfasst. Dabei werden abstandsabhängige Veränderungen des Fluoreszenz-Lichts zweier Farbstoffe mit empfindlichen Mikroskopen gemessen.

Bisher wurde FRET vor allem dazu verwendet, Veränderungen relativer Abstände zu messen – etwa, ob sich Moleküle annähern oder voneinander entfernen. Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wurden jedoch stets in Frage gestellt. Nun haben die Wissenschaftler die Methode so verfeinert, dass die Ergebnisse selbst im Sub-Nanometerbereich reproduzierbar waren. Dies wiesen sie durch den Einsatz unterschiedlicher Mikroskope und Analysesoftware nach. Damit können nun absolute Abstände zwischen Biomolekülen bis auf ein Millionstel der Breite eines menschlichen Haares exakt gemessen werden. Die neue Methode wird es nach Ansicht der Wissenschaftler zukünftig ermöglichen, die räumliche Anordnung beweglicher Biomoleküle zu erfassen oder sogar deren Struktur zu bestimmten. Geleitet wurde die Studie von Wissenschaftlern der Universitäten Freiburg, Düsseldorf, Ulm und Sheffield (Großbritannien).
Nature Methods 2018