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Doktorand Marcel Dahms (IPHT) erfasst Schwingungsspektren von Bakterien mit Raman-Spektroskop.

Neues Standardwerkzeug für die Mikrobiologie

Land Thüringen f?rdert neues System zur Raman-Spektroskopie an der Universit?t Jena
Doktorand Marcel Dahms (IPHT) erfasst Schwingungsspektren von Bakterien mit Raman-Spektroskop.
Foto: Sven D?ring, IPHT
  • Forschung

Meldung vom: 23. Oktober 2020, 09:15 Uhr | Verfasser/in: Sebastian Hollstein

Zu erfahren, was passiert, wenn Mikroorganismen untereinander oder mit h?her entwickelten Lebewesen interagieren, kann für Menschen sehr wertvoll sein. Bakterien beispielsweise produzieren bei solchen Prozessen h?ufig Substanzen, die m?glicherweise die Grundlage für neue Arzneiwirkstoffe oder Antibiotika liefern. Um solche Prozesse beobachten zu k?nnen, nutzen Forscherinnen und Forscher moderne Bildgebungsverfahren – wie die Raman-Spektroskopie. Diese Untersuchungsmethode erforschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler seit Jahren an der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena, entwickeln sie weiter für verschiedene Disziplinen und integrieren sie in kommerzielle Anwendungen. Im Rahmen des Projektes ?Untersuchung mikrobieller Interaktionen mithilfe von Raman-Spektroskopie“ – kurz: ?MICROVERSE-Raman“ – wollen sie nun Mikrobiologinnen und Mikrobiologen ein Raman-Mikroskop zur Verfügung stellen, durch das diese die Methode flexibel in ihre Arbeiten einbeziehen k?nnen, um eine breiten Palette an m?glichen biologischen Proben und Biomolekülen zu untersuchen. Das Land Thüringen unterstützt dieses Vorhaben mit 400.000 Euro.

Raman-Mikrospektroskop Raman-Mikrospektroskop Foto: Sven D?ring, IPHT

Wesentlicher Baustein der Bildgebungsverfahren

W?hrend der Raman-Spektroskopie bestrahlt man eine Probe mit Laserlicht. Das Licht wird an den Molekülen der Probe inelastisch gestreut, wodurch diese mit gr??erer Amplitude schwingen. Die entstehenden Schwingungsmuster werden als Raman-Spektren ausgelesen und liefern molekulare Informationen zur chemischen und biochemischen Zusammensetzung der Probe. ?Die Untersuchungsmethode eignet sich für die Mikrobiologie besonders gut, da keine gro?e Probenvorbereitung notwendig ist und die Mikroben praktisch in vivo beobachtet werden k?nnen“, erkl?rt Prof. Dr. Jürgen Popp von der Universit?t Jena, der das Projekt leitet. ?Setzen die Bakterien beispielsweise w?hrend der Interaktion mit einem Organismus, etwa einem Pilz, eine Substanz frei, so l?sst sich genau überprüfen, welche St?mme – also von den Biologen charakterisierte Genotypen – für die Produktion verantwortlich sind und in welcher zeitlichen Abfolge das Ganze passiert “, erg?nzt seine Kollegin Dr. Anja Silge.

Popp und sein Team haben bereits einige Projekte mit solchen Fragestellungen durch individuelle L?sungen unterstützt – vor allem im Rahmen des Jenaer Exzellenzclusters ?Balance of the Microverse“ sowie der Sonderforschungsbereiche ChemBioSyS und AquaDiva der Universit?t Jena, das sich der Erforschung mikrobieller Interaktionen widmet. ?Mit dem neuen System wollen wir den Kolleginnen und Kollegen aus der Mikrobiologie nun diese leistungsstarke Technologie noch zug?nglicher machen, ihre Nutzung noch st?rker strukturieren, standardisieren und somit etablieren“, sagt Popp, der auch wissenschaftliche Direktor des Jenaer Leibniz-Instituts für Photonische Technologien ist. Sie werde ein wesentlicher Baustein im ?Imaging Center“ des Exzellenzclusters sein, das verschiedene moderne Bildgebungsverfahren bereith?lt.

Weltweites Zentrum der Raman-Spektroskopie

Das neue Ger?t wird beispielsweise eine Inkubationskammer besitzen, die optimale Voraussetzungen für die aus lebenden Zellen bestehenden Proben schafft, sowie mit flexibel einstellbaren Lichtquellen versehen sein, bei denen sich die Wellenl?ngen variieren lassen. Das ist notwendig, da sich so ganz unterschiedliche Ebenen in den Blick nehmen lassen. ?Wenn man etwa eine Blutzelle untersucht, erh?lt man mit einer Wellenl?nge s?mtliche Informationen zu den vorhandenen Molekülen. Wechselt man dann auf blaues Licht, so kann man selektiv Moleküle mit spezifischen Eigenschaften beobachten“, erkl?rt Jürgen Popp.?

Darüber hinaus beraten die Projektmitarbeiterinnen und -mitarbeiter bei der Anwendung der Raman-Spektroskopie, geben Hilfestellung beim Versuchsaufbau und bei der Auswertung gewonnener Daten. Die neue Forschungsinfrastruktur untermauert somit einmal mehr den Status Jenas als wichtiges Zentrum für diese Untersuchungsmethode. Denn sie hilft nicht nur Fragestellungen aus der Mikrobiologie zu beantworten, sondern liefert auch regelm??ig wertvolle Informationen für Projekte aus der Chemie, der Physik oder den Materialwissenschaften. ?Wir sind vermutlich die weltweit gr??te Forschungseinheit, die so vielseitig Raman-Spektroskopie einsetzt“, fasst Prof. Popp zusammen. ?Aus dieser Position heraus arbeiten wir zudem intensiv daran, verst?rkt medizinische Anwendungen für die Methode zu entwickeln, etwa für die Erkennung von Antibiotika-Resistenzen.“

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Jürgen Popp, Prof. Dr.
Arbeitsgruppenleiter
Telefon
+49 3641 9-48320
Fax
+49 3641 9-48302
Helmholtzweg 4
07743 Jena
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