LASERTECHNOLOGIE
Bakterien sichtbar machen
Wissenschaftler vom Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg haben eine neuartige optische Falle konstruiert, die mittels eines Lasers sehr kleine, längliche Bakterien festhalten und abscannen kann. So haben die Phy- siker Prof. Dr. Alexander Rohrbach und Matthias Koch eine Art Licht- schlauch erzeugt, in dem die agilen Einzeller gefangen werden.
Bisher war es mit optischen Pin- zetten nur möglich, Bakterien an ei- nem Punkt ihres Körpers festzuhal- ten, ohne ihre Lage verändern zu können. Die Freiburger Forscher konnten nun durch den sich schnell bewegenden fokussierten Laser gleichmäßig verteilte Kräfte auf das Bakterium ausüben, das seine kom- plexe Form fortlaufend ändert.
Gleichzeitig gelang es, durch die Messung von kleinsten Ablenkun- gen der Lichtteilchen am gefange- nen Bakterium seine Bewegungen in sehr schnellen, dreidimensiona- len Bildfolgen aufzuzeichnen. Dies berichtet das Team in der Online- Ausgabe von „Nature Photonics“.*
In ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler sogenannte Spiro- plasmen. Diese spiralförmigen Bak - terien 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 fort- bewegen. Herkömmliche Lichtmi- kroskope können diese Bakterien aufgrund ihrer geringen Größe und schnellen Bewegungen nicht aus- reichend gut abbilden. Mit der neu- en optischen Falle konnten die Bio- physiker das Bakterium mit Licht- kräften über seine ganze Länge festhalten und ausrichten.
Eine Eigenschaft von Laserlicht ist die Fähigkeit, dass sich überla- gernde Lichtteilchen in ihrer Hel- ligkeit erhöhen oder auslöschen können. Wenn Licht auf das Bakte- rium trifft und von ihm abgelenkt wird, überlagert es sich mit nicht- abgelenktem Licht und wird ver- stärkt. Dadurch können dreidimen-
sionale Aufnahmen nicht nur mit hohem Kontrast, sondern auch mit erhöhter Auflösung erzeugt wer- den. Somit ist es möglich, bis zu 1 000 dreidimensionale Aufnah- men in der Sekunde zu machen und die schnellen Bewegungen des Bakteriums zu erfassen, die die Forscher in einem Film festgehal- ten haben. „Dies ist physikalisch faszinierend, da die Bewegungen der Bakterien mit extrem kleinen Energieveränderungen verbunden sind, die normalerweise kaum zu messen sind“, erläuterte Rohrbach, der auch Mitglied des Exzellenz- clusters BIOSS, des Zentrums für Biologische Signalstudien der Universität Freiburg, ist. „Das bio- logisch Reizvolle sind die Signale,
die das Bakterium durch seine Formveränderungen nach außen trägt, weil es damit Hinweise auf molekulare Vorgänge in seinem In- neren gibt – beispielsweise als Re- aktion auf Stresszustände, in die das Bakterium versetzt wird.“
Mit dieser Methode wollen die Forscher künftig 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 helfen, bakterielle Infekti- onskrankheiten besser zu verstehen.
Informationen: Alexander Rohr- bach, Institut für Mikrosystem - technik (IMTEK), Albert-Ludwigs- Universität Freiburg; rohrbach@
imtek.de EB
*Koch M, Rohrbach A: Object-adapted optical trapping and shape-tracking of energy-switching helical bacteria. Nature Photonics, 2012. Publikation:
http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2012.232
Deutsches Ärzteblatt
