Sars-CoV-2 3-D-Aufnahmen von Coronaviren mit neuartiger Heliumionen-Mikroskopie

Forscher der Uni Bielefeld präsentieren ein neues Mikroskopie-Verfahren, mit dem die winzigen Coronaviren sichtbar gemacht werden können. Es soll helfen, den Abwehrkampf von Zellen besser zu verstehen.

Eine mit SARS-CoV-2-infizierte Nierenzelle unter dem Heliumionen-Mikroskop - ausschnittsweise Vergrößerung von links nach rechts, ein einzelnes Virus ist etwa 100 Nanometer groß.
Schrittweise Vergrößerung einer mit Sars-CoV-2 befallenen Nierenzelle von Affen. Die Aufnahme zeigt deutlich, wie die Viren an der Zelloberfläche austreten, kurz bevor die Zelle abstirbt. Bildrechte: Universität Bielefeld/N. Frese

Forscher der Uni Bielefeld demonstrieren am Beispiel von Coronaviren ein neues Verfahren, um fotografische Aufnahmen winzigster Strukturen zu machen. Mit der Heliumionen-Mikroskopie können Strukturen sichtbar gemacht werden, die kleiner als ein Nanometer sind, also ein Millionstel eines Millimeters. Ähnliche Auflösungen können zwar auch mit der Rasterelektronen-Mikroskopie erreicht werden. Dabei müssen die abgetasteten Objekte allerdings mit einer feinen Schicht leitfähigen Materials überzogen werden, etwa mit Goldstaub. Dieser verändert dann jedoch die Oberflächen. Beim Heliumionen-Mikroskop rastert ein Strahl aus Heliumionen die Oberfläche der Probe ab, beschreiben die Forscher der Uni Bielefeld das System.

Mit Hilfe der Heliumionen können Strukturen deshalb unverändert sichtbar gemacht werden. Auf den jetzt veröffentlichten Bildern ist deutlich zu erkennen, wie die etwa 100 Nanometer großen Sars-Coronaviren-2 auf den Zellen aufliegen. Im Beilstein Journal of Nanotechnology erklären die Forscher um die Physikerin Natalie Frese, wie sie die Aufnahmen der Viren auf der Oberfläche von Vero-E6-Zellen gemacht haben. Dabei handelt es sich um in Kulturen gezüchteten Nierenzellen von Affen.

Unsere Aufnahmen ermöglichen einen direkten Blick auf die 3D-Oberfläche der Coronaviren und der Nierenzelle – mit einer Auflösung im Bereich weniger Nanometer.

Dr. Natalie Frese, Universität Bielefeld

Die Heliumionen-Mikroskopie mache gut sichtbar, ob die Viren auf den Zellen aufliegen oder fest an sie gebunden seien. So ließen sich die Abwehrmechanismen der Zellen besser untersuchen, sagt der an der Studie beteiligte Virologe Friedemann Weber. Allerdings: Im Unterschied zur Transmissionen-Elektronen-Mikroskopie bildet das neue Verfahren die Spikeproteine der Coronaviren nicht automatisch ab. Dafür müssten die Proben wahrscheinlich anders präpariert werden, schreiben die Forscher.

Coronaviren (blau) beim Austritt aus einer Nierenzelle, aufgenommen mit einem Heliumionen-Mikroskop.
Dieses künstlich eingefärbte Foto hebt die Coronaviren hervor, die auf der Zelloberfläche liegen. Bildrechte: Universität Bielefeld/N. Frese

(ens/dpa)

Zur Studie

Frese et.al.: Imaging of SARS-CoV-2 infected Vero E6 cells by helium ion microscopy, Beilstein Journal of Nanotechnology

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