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20.08.2014

Neuartiges "Thermo-Mikroskop" ermöglicht Untersuchung biologischer Proben in Temperaturgradienten


Ein neuartiges Zusatzgerät für Lichtmikroskope wurde an der Universität Regensburg von Forschern in Zusammenarbeit mit der Elektronik-Werkstatt der Fakultät für Biologie und vorklinische Medizin entwickelt. Damit kann jedes herkömmliche Mikroskop in ein "Thermomikroskop" umgerüstet werden.

In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Reinhard Wirth wird seit vielen Jahren untersucht, wie sich sogenannte hyperthermophile Mikroorganismen - diese besitzen eine optimale Wachstumstemperatur von über 80°C - in ihrer Umwelt verhalten. In entsprechenden Biotopen wie den sogenannten "black smokern" kommen sehr steile Temperaturgradienten vor: im Inneren strömt Wasser mit bis zu 400°C aus dem Meeresboden, die Umgebungstemperatur in der Tiefsee liegt bei ca. 3°C. Der Abstand zwischen heißen und kalten Regionen kann im Minimum über die Wand der "black smoker" nur 2 bis 3 cm betragen. Auf der Innenseite der porösen Struktur würden die Mikroorganismen sofort "totgekocht", auf der Außenseite verfallen sie in absolute Kältestarre.

Das neuartige Zusatzgerät TGFD (= temperature gradient forming device) erlaubt es, über eine Distanz von nur 2 cm in einer rechteckigen Glaskapillare einen Temperaturgradienten von über 40°C anzulegen. Damit kann dann in einem einzigen Experiment verfolgt werden, wie die Mikroorganismen auf Temperaturen zwischen z. B. 70°C bis 110°C reagieren. Das bisher vorhandene, in Regensburg entwickelte und nur hier verfügbare Thermomikroskop erlaubte lediglich die Analyse bei einer Temperatur; Änderungen der Temperatur waren nur über mindestens 30-minütige Aufheizzeiten möglich. Das zukünftig auch kommerziell erhältliche TGFD erlaubt nicht nur 5 bis 10-fach schnellere Analysen; erstmals sind insbesondere auch Untersuchungen in Temperaturgradienten möglich.

Die Benutzung des TGFD erlaubte es der Arbeitsgruppe um Prof. Wirth erstmals die Existenz von Thermotaxis für Hochtemperaturorganismen nachzuweisen, d. h. dass diese aktiv in einen für sie optimalen Temperaturbereich schwimmen. Da die Aufheizzeiten des TGFD sehr kurz sind, konnte auch gezeigt werden, dass hyperthermophile Mikroorganismen, die tiefen Temperaturen ausgesetzt sind (z.B. 4°C, wie in der Tiefsee) innerhalb von weniger als 5 Sekunden auf hohe Temperaturen mit Schwimmaktivität reagieren. Dies war selbst nach einem Jahr Aufbewahrung bei 4°C der Fall! Damit wird klar, wie neu entstandene heiße Biotope von hyperthermophilen Mikroorgansimen besiedelt werden können.

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Quelle: Universität Regensburg




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