AG Biophysikalische Chemie
Unsere Arbeitsgruppe widmet sich der Analyse molekularer Dynamik im Kontext biologischer oder biomimetischer Systeme; unser Kerngebiet ist die Analyse molekularer Kinetik innerhalb supramolekularer Komplexe auf Einzelmolekülebene.
Wir setzen modernste Lichtmikroskopietechniken wie konfokale Scanning-Mikroskopie und Einzelmolekülmikroskopie mit verschiedenen Illuminierungstechniken ein.
Unsere Labore sind für die vorbereitende Biochemie und alle Standardprotokolle von der Zell- bis zur Molekularbiologie ausgestattet.
Ein weiterer Schwerpunkt unserer Arbeit ist die Entwicklung neuer bzw. die Verbesserung bestehender lichtmikroskopischer Methoden; aktuelle Schwerpunkte sind die Lichtscheiben-Fluoreszenzmikroskopie (LSFM), die konfokale LSFM und die 3D-Partikelverfolgung.
Unsere Forschungsgebiete sind:
(i) Analyse der molekularen Struktur und Dynamik in biologischen Systemen und der kinetischen Prozesse in supramolekularen Komplexen
(ii) Entwicklung von Hochleistungs-Lichtmikroskopietechniken
Themen der Forschung
Analyse des Transports und des nuklearen Exports von
RNA-Partikeln in vivo
Vereinfachtes Prinzip des mRNA-Exports
Komplexe aus mRNA-Molekülen, Proteinen und Exportfaktoren beim Export durch einen Kernporenkomplex in der Kernhülle. Die DEAD-Box-RNA-Helikase Dbp5 befindet sich an der zytoplasmatischen Seite der Pore. Die Entfernung der Exportfaktoren durch Dbp5 sorgt für die Richtungsabhängigkeit des mRNA-Exports.
Lichtscheiben-Fluoreszenzmikroskopie (LSFM)
Entwicklung eines speziellen Lichtscheibenmikroskops für expandierte Proben
Besonderheiten
Gleichzeitige und schnelle Bildaufnahme in zwei Farben
Für große und transparente Proben bis zu einem Volumen von 20x20x2 mm³
Automatisierte, stabile Bildaufnahme über Stunden
Design neuer Lichtbogenprofile
Verbesserung der optischen Auflösung und der bildgebenden Bildfrequenz
(1) Begrenzte Auflösung und Feldgröße bei Verwendung einer Lichtplatte mit Gaußschem Intensitätsprofil
(2) Verringerung der Lichtblattdicke durch Verwendung von Bessel-Strahl-Beleuchtung
(3) Schnelle Bildraten bei Verwendung dünner Lichtplatten durch horizontales Dithering eines "Gitters" von Bessel-Strahlen
Expansions-Mikroskopie
Idee:
Die physikalische Ausdehnung von Proben ermöglicht die Auflösung feinster Details.
Eine effektive superauflösende Mikroskopie wird mit herkömmlichen Techniken möglich.
Vorteile:
Transparentes Präparat
Brechungsindex identisch mit dem von Wasser
Nachteil:
Nur feste Proben
Lichtscheiben-Expansions-Mikroskopie von Mausgehirnschnitten
(A) Körnerzellen des Gyrus dentatus der Maus, die EGFP exprimieren. Maximalintensitätsprojektion eines expandierten Mausgehirnschnitts, aufgenommen mit einem speziellen LSFM.
Größe 1150 x 1010 x 483 µm³ (40 z-Stapel, Schrittweite 300 nm, 15% Überlappung), (B) Vergrößerung der in A markierten ROI, laterale Feldgröße 236 x 244 µm2, (C) 3D-Ansicht von B mit 864 Schichten des Stapels. In Rot die Segmentierung und Verfolgung eines Neuriten, (D) segmentierter und in 3D rekonstruierter Dendrit mit seinen dendritischen Dornen (siehe in B markierte ROI).
Analyse der Wirkungsweise von Antibiotika auf Bakterien
Ziele und Vorgehensweisen
Visualisierung von Komponenten der Zellwand-Biosynthesemaschinerie (CWBM) in Staphylococcus aureus
• Generierung von Stämmen, die markierte CWBM-Komponenten exprimieren
• Mikroskopie mit hoher Auflösung
• Visualisierung von Protein- und Membran-Mikrodomänen
Untersuchung der Auswirkungen von Antibiotika auf die Lokalisierung
• Antibiotika mit unterschiedlichem Grad der Membranbeeinträchtigung
• Zeitaufgelöste hochauflösende Mikroskopie
• Überwachung der Lebensfähigkeit von Zellen
Quantifizierung der Dynamik zwischen CWBM-Komponenten und Antibiotika in vitro
• Membran-Doppelschichtsysteme
• Untersuchung der Auswirkungen von Membraneigenschaften
Konzept und zentrale Frage:
Wie beeinflussen Antibiotika die Organisation der Zellwandbiosynthesemaschinerie (CWBM)?