Revolution in der Kryo-Elektronenmikroskopie: Prof. Carsten Sachse erhält begehrten ERC Synergy Grant
Helmholtz Information gratuliert: Für sein bahnbrechendes Vorhaben auf dem Gebiet der Kryo-Elektronenmikroskopie hat Prof. Carsten Sachse vom Forschungszentrum Jülich und Helmholtz Information einen der begehrten Synergy Grants des Europäischen Forschungsrat ERC eingeworben. Die Forschungspreise zählen zu den höchstdotierten Auszeichnungen für Forschende in Europa und sind nur im Team zu gewinnen. (Quelle: Forschungszentrum Jülich – Pressemitteilungen)
Prof. Carsten Sachse erhält gemeinsam mit Forschungspartnern aus Deutschland und der Schweiz einen ERC Synergy Grant, um ein kryo-elektronenmikroskopisches Verfahren zu entwickeln, das eine noch genauere Untersuchung der 3D-Struktur von Molekülen in Gewebeproben und biologischen Zellen ermöglichen soll. Die ERC Synergy Grants fördern interdisziplinäre Forschungsprojekte etablierter Spitzenforschender, die die Grenzen des Wissens erweitern und von einer einzelnen Fachgruppe allein nicht adressiert werden können. Aus 395 eingereichten Anträgen wurden lediglich 37 Teams ausgewählt aus zwei bis vier Forschenden ausgewählt, die für sechs Jahre mit bis zu 10 Millionen Euro unterstützt werden.
Neue Technik für die Kryo-Elektronenmikroskopie
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Daniel Mann, Carsten Sachse
Die Kryo-Elektronenmikroskopie, kurz Kryo-EM, hat die Lebenswissenschaften in den letzten Jahren revolutioniert, da sie es ermöglicht, die 3D-Struktur von Proteinen in ihrem natürlichen Zustand direkt zu bestimmen. Dennoch sind für viele Moleküle, insbesondere solchen, die bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson eine Rolle spielen, die Auflösung und der Kontrast der etablierten Abbildungsverfahren noch unzureichend. Im Projekt 4D-BioSTEM, das mit insgesamt 7,5 Millionen Euro gefördert wird, möchten die Professoren Carsten Sachse vom Forschungszentrum Jülich, Knut Müller-Caspary von der Ludwig-Maximilians-Universität München und Henning Stahlberg von der Schweizer École Polytechnique Fédérale de Lausanne und Universität Lausanne die Technologie gemeinsam auf das nächste Level heben.
„Bei einer solchen bahnbrechenden Neuerung sind viele große und kleine technische Fragen zu klären, die sich interdisziplinär im Rahmen des ERC Synergy Grants deutlich schneller lösen lassen, als es getrennt in den Fachcommunitys möglich wäre“, freut sich Carsten Sachse, der am Forschungszentrum Jülich und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf forscht und lehrt.
Möglich werden soll dies durch die sogenannte 4D-Rasterelektronenmikroskopie. Die Methode wird bislang vorrangig in der Materialforschung eingesetzt und ermöglicht durch die Kombination von Orts- und Beugungsinformationen einen noch feineren Detailgrad. Um gefrorene biologische Proben zu untersuchen, setzt das interdisziplinäre Team, das die Expertise in der biologischen und physikalischen Elektronenmikroskopie vereint, auf spezialisierte Hardware und Simulationen und entwickelt Mikroskop-Betriebsroutinen und Bildrekonstruktionsalgorithmen für eine optimale Auflösung der Aufnahmen. Auf diese Weise könnten Proteine in Hirnproben künftig noch sehr viel genauer und – anders als bisher – direkt in gefrorenen Gewebeproben untersucht werden.
4D-Rasterelektronenmikroskopie
Bei der herkömmlichen Kryo-Elektronenmikroskopie werden viele Tausende Schnappschüsse einer Probe mithilfe der sogenannten Transmissionselektronenmikroskopie aus unterschiedlichsten Blickrichtungen aufgenommen und anschließend zu einem detaillierten dreidimensionalen Bild verrechnet. Die 4D-Rasterelektronenmikroskopie tastet dagegen Objekte in winzigen Schritten zeilenweise ab. Für jeden einzelnen Bildpunkt wird dabei zusätzlich ein sogenanntes Beugungsbild erfasst. Im Ergebnis entstehen so Tausende bis Millionen überlappender Beugungsbilder, die mithilfe sogenannter ptychographischer Algorithmen in ein interpretierbares Bild zurückgerechnet werden. Im Projekt 4D-BioSTEM sollen unter anderem entsprechende Techniken zur Berechnung von Biomolekülen entwickelt werden. Das Verfahren ist sehr daten- und rechenintensiv. Ziel ist es, das maximale Signal aus den verrauschten Daten zu gewinnen. Denn biologische Proben reagieren typischerweise äußerst empfindlich auf die Elektronenstrahlen, sodass nur eine begrenze Dosis für die Untersuchung zur Verfügung steht.
FZJ/T. Schlößer, 26.10.2023
Die komplette Original-Pressemitteilung finden Sie unter:
Doppelter Erfolg bei prestigeträchtigen ERC Synergy Grants
Verortung im Helmholtz-Forschungsbereich Information:
Helmholtz-Forschungsbereich Information, Programm 3: Materials Systems Engineering Processing, Topic 5: Materials Information Discovery
Kontakt:
Prof. Dr. Carsten Sachse
Direktor des Ernst-Ruska-Centrums für Strukturbiologie (ER-C-3)
Forschungszentrum Jülich
Tel.: +49 2461/61-2030
E-Mail: c.sachse@fz-juelich.de
Kontakt für diese Presseinformation:
Tobias Schlößer
Pressereferent
Forschungszentrum Jülich
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E-Mail: t.schloesser@fz-juelich.de
