Fortschritte in der Fluoreszenzmikroskopie ermöglichen es, biologische Prozesse unterhalb der klassischen Beugungsgrenze des Lichtes sichtbar zu machen. Eine Variante dieser sogenannten Superauflösungstechniken ist DNA-PAINT, die von Ralf Jungmann, Forschungsgruppenleiter für „Molekulare Bildgebung und Bionanotechnologie“ am Max-Planck-Institut für Biochemie und Professor für Experimentalphysik an der LMU, und Kollegen entwickelt wurde. „DNA-PAINT ermöglicht es, superaufgelöste Bilder mit technisch vergleichsweise einfachen Mikroskopen zu erhalten“, sagt Jungmann. Um das zur Rekonstruktion superaufgelöster Bilder notwendige „Blinken“ von Zielmolekülen zu erreichen, werden diese bei DNA-PAINT mit kurzen DNA-Strängen markiert. In Lösung befindet sich ein komplementärer, farbstoffmarkierter DNA-Strang, der wiederholt an den Zielstrang an- und abbindet und das Ziel zum „Blinken“ bringt. So erreicht DNA-PAINT sehr hohe Ortsauflösungen von besser als 10 nm und kann durch die Nutzung verschiedener DNA-Sequenzen, quasi Barcodes, viele Zielmoleküle gleichzeitig abbilden.
Bisher vergleichsweise langsame Bildaufnahme
„In den letzten Jahren haben wir die Technik in vielen Bereichen verbessert. Eine große Einschränkung hat uns jedoch immer daran gehindert DNA-PAINT für biologisch relevante Hochdurchsatzstudien einzusetzen: Die vergleichsweise langsame Bildaufnahme“, sagt Jungmann. Klassische DNA-PAINT-Experimente nehmen üblicherweise mehrere zehn Minuten bis hin zu Stunden in Anspruch. „Wir haben uns genau angeschaut, warum das so lange dauert“, so Florian Schüder, Erstautor der Studie und Mitarbeiter im Labor von Jungmann. „Durch optimiertes DNA-Sequenzdesign und verbesserte Pufferbedingungen konnten wir die Geschwindigkeit um einen Faktor 10 erhöhen“, so Schüder weiter.