Wissenschaftler haben eine neuartige optische Falle für Bakterien konstruiert: Der neuartige, auf Lasertechnik basierende Lichtschlauch kann selbst sehr kleine, längliche und sehr bewegliche Einzeller festhalten und abscannen. Bisher war es mit optischen Pinzetten nur möglich, Bakterien an einem Punkt ihres Körpers festzuhalten, ohne jedoch ihre Lage verändern zu können. Messung von kleinsten Ablenkungen der Lichtteilchen am gefangenen Bakterium erlaube es nun, seine Bewegungen in sehr schnellen, dreidimensionalen Bildfolgen aufzuzeichnen. Dies berichtet das Team in der aktuellen Online-Ausgabe von „Nature Photonics“.
In ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler vom Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg so genannte Spiroplasmen. Diese spiralförmigen Bakterien sind mit 200 Nanometern Durchmesser nur so dick wie circa 1.000 Atome. Da sie keine feste Zellwand besitzen, können sie sich rasant verformen und dadurch fortbewegen. Herkömmliche Lichtmikroskope können diese Bakterien aufgrund ihrer geringen Größe und schnellen Bewegungen nicht ausreichend gut abbilden. Mit der neu entwickelten optischen Falle konnten die Biophysiker das Bakterium mit Lichtkräften über seine ganze Länge festhalten und ausrichten.
Überlagerung verrät Position des Einzellers
Eine wichtige Eigenschaft von Laserlicht ist die Fähigkeit, dass sich überlagernde Lichtteilchen in ihrer Helligkeit erhöhen oder auslöschen können. Wenn Licht auf das Bakterium trifft und von ihm abgelenkt wird, überlagert es sich mit nicht abgelenktem Licht und wird dadurch verstärkt. Dadurch können dreidimensionale Aufnahmen nicht nur mit hohem Kontrast, sondern auch mit erhöhter Auflösung erzeugt werden. Somit ist es möglich, bis zu 1.000 dreidimensionale Aufnahmen in der Sekunde zu machen und die schnellen Bewegungen des Bakteriums detailliert zu erfassen, die die Forscher in einem Film festgehalten haben.
„Dies ist physikalisch faszinierend, da die Bewegungen der Bakterien mit extrem kleinen Energieveränderungen verbunden sind, die normalerweise kaum zu messen sind“, sagt Alexander Rohrbach vom Zentrum für Biologische Signalstudien der Universität Freiburg. Dies mache die Erfindung zu einem praktischen Werkzeug für die Grundlagenforschung. „Das biologisch Reizvolle sind die Signale, die das Bakterium durch seine Formveränderungen nach außen trägt, weil es damit Hinweise auf molekulare Vorgänge in seinem Inneren gibt – beispielsweise als Reaktion auf Stresszustände, in die das Bakterium versetzt wird.“
Mit dieser Methode wollen die Freiburger Wissenschaftler in Zukunft das Verhalten und die Zellmechanik von weiteren Bakterien untersuchen, die keine Zellwand besitzen und daher nur schwer mit Antibiotika bekämpft werden können. Diese Studien könnten somit helfen, bakterielle Infektionskrankheiten besser zu verstehen.
(Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg im Breisgau, 05.10.2012 – NPO)
