Vom wissenschaftlichen Service zur quantitativen Analyse ultrastruktureller Details

 

Die Mikroskopie und Kryo-Elektronenmikroskopie Servicegruppe bietet ein breites Spektrum an Methoden zur Abbildung biologischer Proben mit zahlreichen licht- und elektronenmikroskopischen Verfahren an. Unsere Gruppe unterstützt dabei alle Wissenschaftler*innen, Student*innen und sonstige Mitarbeiter*innen aus allen Forschungsgruppen des Instituts bei der Planung, Durchführung und Auswertung von Imaging-Experimenten auf unterschiedlichen Ebenen. Dies umfasst Basis-Training und Einweisung neuer Nutzer*innen an den Geräten bis hin zur Implementierung komplexer automatisierter Imaging-Workflows. Darüber hinaus unterstützen wir unsere Nutzer mit vielfältigen Methoden zur Bildanalyse bis hin zum Aufbau integrierter Imaging- und Analyse-Pipelines, die essentiell sind, um relevante biologische Informationen aus komplexen 2D, 3D und 4D Datensätzen zu gewinnen.

Als Core-Facility bietet unsere Servicegruppe Zugang zu einer Vielzahl unterschiedlicher Forschungsmikroskope. Zu unserer Ausstattung zählen Weitfeld-Fluoreszenzmikroskope, konfokale Laser-Scanning-Mikroskope mit hochauflösenden Airyscan-Detektoren, automatisierte Screening-Mikroskope, ein STED Super-Resolution Mikroskop sowie ein Lichtblattmikroskop zur 3D-Visualisierung besonders großer biologischer Proben. Die meisten Systeme sind mit Inkubatoren mit CO2- und Temperaturkontrolle zur Abbildung lebender Proben ausgestattet. Unsere Lichtmikroskope stehen als „Shared Equipment“ allen Mitarbeiter*innen im Haus zur Verfügung und werden von einer sehr aktiven, aber auch sehr diversen User-Community quer durch alle Forschungsgruppen des Instituts selbstständig benutzt.

Im Gegensatz zur Lichtmikroskopie führen wir die Elektronenmikroskopie als Vollservice in Kooperation mit den beteiligten Wissenschaftler*innen durch. Grund hierfür ist die meist aufwendige und komplexe Probenpräparation sowie die technisch anspruchsvolle Abbildung unter Low-Dose Bedingungen bei der Transmissionselektronenmikroskopie (TEMZurzeit verfügen wir über drei Elektronenmikroskope inklusive eines 300 kV Tecnai G2 Kryo-TEMs mit Gatan k2 summit DED-Kamerasystem. Unsere Gruppe unterstützt eine Vielzahl klassischer zellbiologischer TEM-Methoden wie das Ultradünnschneiden von Kunstharz-eingebetteten Proben, Immunogold-Markierung oder Metall-Schattierung von Nukleinsäuren und Nukleinsäure-Protein-Komplexen. Im Bereich der Kyro-TEM unterstützen wir hauptsächlich die Strukturbestimmung von Proteinkomplexen mittels Einzelpartikelanalyse. Hier war unser 300 kV Tecnai G2 Polara, dass wir in Kooperation mit Christian Spahn (Charité Berlin), Roland Beckmann (Charité Berlin, jetzt LMU München) und anderen Kooperationspartnern im Rahmen des UltraStrukturNetzwerks aufgebaut haben, über viele Jahre hinweg das einzige in der Region Berlin-Brandenburg verfügbare hochauflösende Kryo-TEM mit nahezu atomarer Auflösung.

Neben der Entwicklung projektspezifischer Analyse-Workflows liegt ein Schwerpunkt unserer Forschungsarbeit als Servicegruppe auf der Implementierung neuer Imaging- und Analysemethoden, die für zukünftige Forschungsprojekte unserer Nutzer von strategischer Bedeutung sein könnten. Beispiele hierfür sind korrelative Verfahren zur Abbildung biologischer Proben mit unterschiedlichen licht- und elektronenmikroskopischen Methoden, neuartige Super-Resolution-Methoden wie der Kyro-Expansionsmikroskopie oder Abbildungsmethoden, die auf Messung der Fluoreszenzlebensdauer basieren (FLIM). Darüber hinaus arbeiten wir an der Entwicklung von Routinen für eine weitgehend autonome Feedback-Mikroskopie, mit der Objekte automatisch identifiziert und über verschiedene Größenordnungen hinweg verfolgt und abgebildet werden können.

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