SPP 1128: Optische Analyse der Struktur und Dynamik supramolekularer biologischer Komplexe
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Schwerpunktprogramms (SPP1128) war es, auf der Grundlage neuer optischer quantitativer Methoden zur Erforschung der funktionellen dreidimensionalen Struktur und Dynamik zellulärer Strukturen mit typischen Abmessungen von einigen 10 Nanometern (nm) bis einigen 100 nm beizutragen; dieser Bereich supramolekularer biologischer Komplexe oder „biomolekularer Maschinen“ ist von größter Bedeutung für die Organisation des Lebendigen auf der Nanostrukturebene. Zur Verwirklichung dieser hochgesteckten Ziele standen zu Beginn der Förderung als auch in der zellbiologischen Anwendung etablierte nanostrukturauflösende Ansätze im wesentlichen elektronenmikroskopische sowie lichtoptische Methoden der Nahfeldmikroskopie/atomaren Kraftmikroskopie, sowie fernfeldoptische Verfahren des Einzelmolekültracking und der Analyse von Nachbarschaftsbeziehungen auf Einzelmolekülebene zur Verfügung. Im Verlauf der Förderung des SPP1128 wurden diese Verfahren in beeindruckender Weise weiter entwickelt und auf neue Themenbereiche der Analyse supramolekularer biologischer Komplexe angewandt. Darüber hinaus sollte das o.g. Spektrum optischer Analysen durch fernfeldlichtoptische superauflösende Ansätze ergänzt werden. Im Verlauf der Förderung konnten solche Methoden, wie die Auflösungsverbesserung durch konfokale 4Pi Laserscanning Fluoreszenzmikroskopie; durch Verfahren der strukturierten Beleuchtung wie z.B. der Patterned Excitation Microscopy, OMX, der Spatially Modulated Illumination (SMI) Mikroskopie; der Stimulated Emission Depletion (STED)-Mikroskopie sowie der Lokalisationsmikroskopie wie der Spektralen Präzisionsdistanzmikroskopie (SPDM) in einer Weise weiter entwickelt und für die Thematik des Schwerpunktes nutzbar gemacht werden, die alle ursprünglichen Erwartungen bei weitem übertroffen hat: Mit diesen fernfeldlichtoptischen Verfahren wurden zelluläre Nanostrukuren in fixierten aber ansonsten intakten Zellen mit einer optischen Auflösung einzelner Moleküle bis hinunter zu 10 – 20 Nanometer analysiert; in lebenden Zellen gelang eine optische Auflösung bis hinunter in den 50 – 60 Nanometerbereich. Damit wird eine „korrelative“ Licht- und Elektronenmikroskopie möglich, die die Vorteile beider Ansätze vereinigt. Die im SPP1128 erreichten Resultate haben auf europäischer und internationaler Ebene eine große Anerkennung und Sichtbarkeit erreicht. Dies ist durch zahlreiche Publikationen in renommierten Fachzeitschriften, durch hochrangig besuchte Schwerpunkt-Tagungen, durch zahlreiche Einladungen von SPP Mitgliedern zu Key Lectures auf internationalen Kongressen, sowie zahlreiche Ehrungen und Rufe dokumentiert. Der SPP1128 hat eine ausgezeichnete Grundlage geschaffen für die weitere Entwicklung und Anwendung des jetzt breit gefächerten optischen und quantitativen Analysespektrums nicht nur in der biologischen und biophysikalischen Grundlagenforschung, sondern darüber hinaus in der medizinischen Grundlagenforschung.
