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Ehrung für Mikroskopie-Experten Ernst Stelzer
November 2013. Die renommierte Royal Microscopical Society verleiht Ernst Stelzer die Ehrenmitgliedschaft. Sie würdigt damit seine Beiträge zur Entwicklung der konfokalen Mikroskopie. Ernst Stelzers Patente sind von der Firma Carl Zeiss in ihrer erfolgreichen LSM-5xx/7xx Serie von Mikroskopen verwendet worden. Er hat außerdem zur Entwicklung von Systemen mit mehreren Linsen beigetragen, die vor allem Fortschritte bei der Beobachtung biologischer Proben ermöglicht haben. Weitere Ehrenmitglieder, die im Juli 2014 auf der Jahrestagung der Royal Microscopical Society aufgenommen werden, sind die Amerikaner Jennifer Lippincott-Schwartz, Mildred Dresselhaus, Michael Sheets und Ondrej Krivanek, sowie Flemming Besenbacher aus Dänemark. Ernst Stelzer wird die Festrede zum 175. Geburtstag der Gesellschaft auf der Jahrestagung in Manchester halten. Weitere Informationen zur Royal Microscopical Society ...
Ernst Stelzer studierte Physik an der Goethe-Universität and promovierte 1987 in Heidelberg. Nach seiner Doktorarbeit forschte er weiterhin am European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg, zuerst als Projektleiter und ab 1989 als Gruppenleiter in den Bereichen physikalische Optik, Biophysik, Zellbiologie und Entwicklungsbiologie. In 2011 wechselte Ernst Stelzer nach Frankfurt auf die W3-Professur für Advanced Light Microscopy an der Goethe-Universität.
Die Beobachtung lebender Prozesse in Zellen ist derzeit nur mit Lichtmikroskopen möglich. Die Untersuchung und optische Manipulation von dicken und optisch dichten biologischen Proben wurde bisher jedoch durch zwei Hindernisse stark eingeschränkt: Zum Einen streuen und absorbieren biologische Proben in der Regel Licht, was die Beobachtung sehr erschwert, zum Anderen absorbieren viele biochemische Moleküle Licht und werden durch Lichtbestrahlung beschädigt. Die Stelzer-Gruppe hat einen großen Beitrag zur Überwindung dieser Hindernisse geleistet.
Die Entwicklung der Fluoreszenzmikroskopie erlaubt es, bestimmte Teile der Zelle gezielt zu markieren und in ihrer Entwicklung zu beobachten. Durch Beleuchtung zerstörte Fluoreszenzmoleküle absorbieren das Anregungslicht jedoch nicht mehr und lassen sich damit auch nicht mehr beobachten. Weiterhin absorbieren viele der endogenen organischen Moleküle einer Zelle ebenfalls das Anregungslicht und können dadurch zerstört oder in ihren Eigenschaften verändert werden. In konventionellen und konfokalen Fluoreszenzmikroskopen fällt das Anregungslicht durch die gesamte Probe, dadurch werden weitaus mehr Moleküle in der Zelle dem Licht ausgesetzt, als für die Beobachtung einer bestimmten Ebene notwendig ist.
Durch das von der Stelzer-Gruppe entwickelte lichtscheibenbasierte Fluoreszenzmikroskop (Light Sheet-based Fluorescence Microscopy or LSFM) wird statt der ganzen Probe nur sehr präzise die gerade untersuche Volumenelement der Probe in Form einer Lichtscheibe oder eines Lichtblatts beleuchtet. Dadurch werden unerwünschte Nebenwirkungen der Beleuchtung stark reduziert. Die Aufnahmen der verschiedenen Ebenen werden am Computer zu dreidimensionalen Bildern zusammengefügt. Implementationen des LSFM durch die Stelzer-Gruppe sind Single Plane Illumination Microscopy (SPIM) und Digital Scanned Light Sheet Microscopy (DSLM). Bei diesen Mikroskopen ist die Energiebelastung der Proben im Vergleich zu einem konventionellen Epi-Fluoreszenzmikroskop für einzelne Zellen um ein bis zwei Größenordnungen niedriger und bei einem Zellverbund etwa zwei bis drei Größenordnungen niedriger. Durch diesen Beitrag der Stelzer-Gruppe wurde die Beobachtung von verhältnismäßig großen dreidimensionalen und komplexen Objekten für einen weitaus längeren Zeitraum als bisher möglich. Video ....
Die Entwicklung neuer Theorien und neuer Geräte wird von Ernst Stelzer stets im Zusammenhang mit naturnahen biologischen Experimenten gesehen. In der Lichtmikroskopie werden von der Mehrzahl der Forscher Zellen weiterhin auf harten flachen Oberflächen untersucht, obwohl dies nicht dem natürlichen Umfeld von Zellen entspricht und moderne Mikroskopietechnologien es durchaus ermöglichen, dreidimensional Proben zu verwenden. Für das Sammeln von physiologischen Informationen und das Beobachten von Entwicklungsvorgängen sollten die Geometrie, mechanischen Eigenschaften, Medienflüsse und Biochemie des Zellumfelds so weit wie möglich dem lebender Gewebe entsprechen. Einzelne Zellen auf Objektträgern sind in dieser Hinsicht recht unbefriedigend und dreidimensionale vielzellige Strukturen werden benötigt, um biologische Proben in einem möglichst naturnahen Kontext untersuchen zu können. Auch hier liegt ein Focus der Stelzer-Gruppe. Neben einer Reihe von Modelorganismen wie Insekten und Pflanzen werden daher in der Stelzer-Gruppe auch intensiv Sphäroiden und Zysten untersucht.
Die Wurzelentwicklung des Sämling der Modellpflanze Arabidopsis wurde 120 Stunden lang in einem DSLM aufgenommen. Die Abbildung zeigt die dreidimensionale Rekonstruktion von drei von insgesamt 350 Zeitpunkten. Die Zellen des Sämlings wurden vorher mit zwei fluoreszierenden Markern versehen: Zellkerne sind rot-fluoreszierend (H2B–RFP) markiert und Zellmembranen grün-fluoreszierend (LTi6–GFP). Für die Aufnahmen wurde ein Carl Zeiss C-Apochromat 20x/0.5 W Objektiv verwendet und für die Illumination ein Carl Zeiss EC Plan-Neofluar 5x/0.16 (Daten und Graphik von Daniel von Wangenheim). Video ...
Vortrag von Ernst Stelzer über die Light-Sheet-Based-Fluoreszenzmikroskopie
Weitere Informationen über die Forschung von Ernst Stelzer
Kontakt:
Ernst H. K. Stelzer
Buchmann Institute for Molecular Life Sciences (BMLS)
Goethe-Universität Frankfurt
Max-von-Laue-Str. 15
60438 Frankfurt/Main
e-mail: ernst.stelzer@physikalischebiologie.de
Tel.: +49 (69) 798-42547