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Titelbild NR 06/2017: Bewegungsspur von 30S-Ribosomen im MINFLUX-Mikroskop. – Wissenschaftler um Stefan Hell vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen haben ein neues Fluoreszenzmikroskop entwickelt, MINFLUX genannt, mit dem sich erstmals Moleküle trennen lassen, die nur Nanometer (nm = 10-6 mm) voneinander entfernt sind. Dieses Mikroskop ist mehr als 100mal schärfer als herkömmliche Lichtmikroskope und übertrifft selbst die bisher besten lichtmikroskopischen Methoden – das von Hell entwickelte STED und das von Eric Betzig erfundene PALM/STORM – um das bis zu 20fache. Mit einer Auflösung bis zu einem Nanometer erreicht MINFLUX die ultimative Grenze dessen, was in der Fluoreszenzmikroskopie möglich ist. Zwar hatte Ernst Abbe 1873 formuliert, dass die Auflösung von Lichtmikroskopen auf die halbe Wellenlänge des Lichts begrenzt ist (ca. 200 nm) – ein Limit, das seine physikalische Gültigkeit behält –, doch zeigte Hell mit der von ihm 1994 erdachten und 1999 experimentell umgesetzten STED-Mikroskopie, dass sich diese Grenze überwinden lässt. 
STED und das später entwickelte PALM/STORM erreichen eine Trennschärfe von etwa 20 bis 30 nm. Für die Entwicklung dieser ultrahochauflösenden Lichtmikroskopie-Techniken wurden Hell und Betzig gemeinsam mit ihrem Kollegen William E. Moerner im Jahr 2014 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet (vgl. S. 349). Sowohl STED als auch PALM/STORM trennen benachbarte fluoreszierende Moleküle, indem sie diese nacheinander an- und ausschalten und so sequenziell zum Leuchten bringen. Die STED-Mikroskopie setzt einen Donut-förmigen Laserstrahl ein, um das Leuchten der Moleküle an genau festgelegten Koordinaten in der Probe zu unterdrücken. Durch den definierten Donut-Strahl weiß man, an welchem Punkt im Raum sich das gerade leuchtende Molekül befindet, allerdings kann man den Laserstrahl nicht stark genug machen, um nur ein einziges Molekül anzusteuern. Bei PALM/STORM hingegen erfolgt das An- und Ausschalten an zufälligen Orten Molekül für Molekül – mit dem Vorteil, dass man bereits auf der Ebene einzelner Moleküle arbeitet, aber dem Nachteil, dass man deren genaue Positionen erst herausfinden muss. In der Praxis lässt sich so keine molekulare Auflösung erreichen. Mit MINFLUX, das Hell mit seinen Mitarbeitern Francisco Balzarotti, Yvan Eilers und Klaus Gwosch entwickelte, wurden beide Stärken kombiniert. MINFLUX schaltet – wie PALM/STORM – einzelne Moleküle zufällig an und aus. Gleichzeitig bestimmt es aber – wie STED – deren exakte Position mit einem Donut-förmigen Laserstrahl, der im Gegensatz zu STED nicht zum Löschen, sondern zum Anregen der Fluoreszenz benutzt wird. Liegt das Molekül auf dem Donut-Ring, so leuchtet es; liegt es in seinem dunklen Zentrum, so leuchtet es nicht, doch man hat seine genaue Position gefunden. Da nur wenige Fluoreszenz-Photonen pro Molekül nötig sind, ist die Zeitauflösung gegenüber der STED-Methode 100-mal höher.
Das große Bild zeigt Bewegungsmuster von 30S-Ribosomen (farbig) in Escherichia coli (Umgrenzung s/w). Rechts: Bewegungsspur eines einzelnen Ribosoms. [Abb. Yvan Eilers/MPI für biophysikalische Chemie, Göttingen – Pressemitteilung MPI 22. Dez. 2016; F. Balzarotti et al., Science 355, 606 (2017)]

 Rd

     
   
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Bernd Kaina:  :

    DNA-Reparatur und Darmkrebs
Wie Escherichia coli und Darmzellen sich vor Gentoxinen schützen
     
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    Martin Schneider:
    Wernher von Braun – Von Peenemünde zum Mond
Zum 40. Todestag des Raketenpioniers
     
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    67. NOBELPREISTRÄGERTAGUNG IN LINDAU
   
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    Nobelpreisträger und Nachwuchswissenschaftler – Vorbilder und Hoffnungsträger
 
    „Wir müssen den Beitrag der Forschung für den Fortschritt in der Gesellschaft zeigen“
Ein Interview mit Nobelpreisträger Stefan Hell
     
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    Der bisher „heißeste Jupiter“
     
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Geschlechtsabhängige Vererbung – mehr als Gender und Sex.
 

   

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The Pope of Physics. Enrico Fermi and the birth of the atomic age.
 

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Echte Knochenarbeit – wie Forscher die Tricks der Natur entschlüsseln
     
   
     
   
   

DNA-Reparatur und Darmkrebs
Wie Escherichia coli und Darmzellen sich vor Gentoxinen schützen


Bei der Verstoffwechselung der Nahrung im menschlichen Darm entstehen Substanzen, die gentoxisch, d. h. erbgutschädigend sind. Verschärft wird die Situation noch dadurch, dass derartige Stoffe bereits bei der Nahrungszubereitung entstehen und aufgenommen werden. Unser Darmbakterium Escherichia coli ist an diese extremen Bedingungen hervorragend angepasst. Es verfügt über eine ganze Palette von Mechanismen, um DNA-Schäden rückgängig zu machen oder zumindest einzudämmen. Die an diesem Modellorganismus studierten Systeme sind auch von humanmedizinischem Interesse, sind doch die Epithelzellen insbesondere des Dickdarms ebenfalls Gentoxinen in extremer Weise ausgesetzt.
 

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Wernher von Braun – Von Peenemünde zum Mond
Zum 40. Todestag des Raketenpioniers
 

Wernher von Braun gilt als „Vater“ der imposanten Saturn V-Rakete, mit der die Vereinigten Staaten von Amerika erstmals Menschen eine „Reise zum Mond“ ermöglichten. Schon als Schüler stand er in Kontakt mit Hermann Oberth, dem Vordenker der Raumfahrt, der sein akademischer Lehrer wurde. Die Karriere Wernher von Brauns war eng verknüpft mit begünstigenden politischen Umständen, die er zu nutzen verstand: Im Dritten Reich wesentlich an der Entwicklung und Produktion der V2-Rakete beteiligt, gehörte er später zu jenen, die den USA dazu verhalfen, Anschluss an die Raketentechnik zu gewinnen, in der die Sowjetunion lange Zeit führend war.
 

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Nobelpreisträger und Nachwuchswissenschaftler – Vorbilder und Hoffnungsträger  

„Wir müssen den Beitrag der Forschung für den Fortschritt in der Gesellschaft zeigen“

Ein Interview mit Nobelpreisträger Stefan Hell

Eindrücke von dem Treffen der Nobelpreisträger, bei dem in diesem Jahr mit besonderem Nachdruck von dem Wert einer auf Fakten basierten Wissenschaft die Rede war. Auch in dem Gespräch mit dem in Göttingen wirkenden Laureaten Professor Hell kam diese Thematik zur Sprache.
 

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