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Göttingen Wie sich die Kraft von Algen messen lässt
Campus Göttingen Wie sich die Kraft von Algen messen lässt
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15:33 29.01.2019
Nahaufnahme einer Mikropipette. Quelle: r
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Göttingen

Wissenschaftler vom Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation haben in Kooperation mit einer Universität in Finnland eine Methode zum Messen der Kräfte von Mikroorganismen entwickelt. Mit „Mikropipetten-Kraftsensoren“ lassen sich mechanische Kräfte von weniger als einem Nanonewton bestimmen. Zum Vergleich: Ein Nanonewton ist notwendig, um einen milliardsten Teil einer Tafel Schokolade zu bewegen.

Die Methode wurden von den beiden Physikern, Matilda Backholm, Wissenschaftlerin im Fachbereich Angewandte Physik der Aalto University in Finnland und Oliver Bäumchen, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen, entwickelt. Das Prinzip klingt einfach: Wissenschaftler kalibrieren eine hohle Glasnadel mit dem Durchmesser eines menschlichen Haares, die sogenannte Mikropipette. Die Ausschläge, die von den Kleinstlebewesen verursacht werden, könnten mit dem optischen Mikroskop abgelesen werden, so erklärte Backholm ihre Arbeit.

Bewegung und Kräfte von Mikroorganismen studieren

Die Methode ist sehr vielseitig: So hätten die Forscher beispielsweise Mikroben, wie den Fadenwurm „Caenorhabditis elegans“ und die Mikroalge „Chlamydomonas reinhardtii“ untersuchen können, erläuterte Bäumchen. Die Fadenwürmer erreichen eine maximale Größe von einem Millimeter länge, die Mikroalgen sind nur etwa drei bis zehn Mikrometer groß. „Wir sind der festen Überzeugung, dass diese Technologie in Zukunft auch an vielen anderen biologischen Systemen Anwendungen finden wird“, so Bäumchen weiter.

„Mit unserer Idee, die hinter dieser Methode steckt, wollen wir die Vorteile verschiedener etablierter biophysikalischer Methoden miteinander kombinieren: Wir greifen eine lebende Zelle auf die gleiche Weise wie in der In-vitro-Fertililsation und messen die mechanischen Kräfte mithilfe der Auslenkung der Mikropipette“, sagte Bäumchen. Und Backholm ergänzte: „Im Gegensatz zu den meisten anderen Kraftmessmethoden, messen wir die Auslenkung des Sensors mit einem modernen Mikroskop. Dadurch können wir die Form und die Bewegung des Mikroorganismus genau studieren, während wir zeitgleich die Kräfte messen können.“

Zahlreiche Anwendungsgebiete in Zukunft denkbar

Um zu überleben, passen sich Mikroorganismen und Einzeller an ihre Umgebung an. Ihr Erfolg dabei beruht auf der Fähigkeit sich zum Beispiel an Oberflächen festhalten oder an andere Zellen anheften zu können. Nur so ließen sich Nährstoffquellen erreichen oder schützende Gemeinschaften bilden. Dafür ist es entscheidend, wie sich die Kleinstlebewesen kriechend oder schwimmend fortbewegen. „Wollen Wissenschaftler verstehen, wie sich Mikroben bewegen oder an einer Oberfläche anhaften, müssen sie die entsprechenden mechanischen Kräfte messen können“, so die Forscher über ihre Innovation.

Für die Mikropipetten der Wissenschaftler aus Göttingen und Aalto gäbe es in Zukunft zahlreiche Anwendungsgebiete: „Während der ganzen Zeit ist die Zelle beziehungsweise der Mikroorganismus am Leben, so dass die Reaktion auf Medikamente, sowie Nährstoffe, Temperatur oder andere Umweltfaktoren getestet werden kann“, erläuterten die Wissenschaftler. So könnte die Methode das Verständnis von biologischen Funktionen von Zellen und Kleinstlebewesen verändern und erweitern. „Die Kraftauflösung ist wirklich bemerkenswert. Durch unsere neuesten technologischen Weiterentwicklungen ist es uns gelungen, Kräfte von bis zu zehn Pikonewton zu messen.“, sagte Bäumchen. Die Arbeit der Wissenschaftler wurde am 28. Januar im wissenschaftlichen Fachjournal „Nature Protocols“ in englischer Sprache publiziert.

Von Max Brasch

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