In vivo- und in vitro-Analyse einzelner Diatomeen-Zellen/ Zellwände durch optische Bildgebung mittels Raman-Spektroskopie und nichtlinearer Mikroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Eike Brunner; Privatdozent Dr. Christoph Krafft
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240749152

Die Raman-Spektroskopie ist eine wichtige Methode, um molekulare Informationen von Zellen nichtdestruktiv zu gewinnen. Aufbauend auf unseren gemeinsamen Vorarbeiten zur Untersuchung einzelner Zellwände von Diatomeen sollen im Rahmen des vorliegenden Projektes Raman-spektroskopische Methoden weiterentwickelt und eingesetzt werden, um die Stoffwechselprozesse, welche bei der Bildung der mikro- und nanostrukturierten Zellwände der Diatomeen (Kieselalgen) ablaufen, zu untersuchen. Die Messungen umfassen dabei einerseits einzelne, extrahierte Diatomeenzellwände sowie erstmals auch die Untersuchung lebender Einzelzellen mittels Mikromanipulations- und Bildgebungsverfahren. Nichtlineare Mikroskopie auf Grundlage von Second Harmonic Generation, Zwei-Photonen-Fluoreszenz und kohärente Anti-Stokes Raman-Streuung werden als ergänzende Methoden herangezogen. Aufgeklärt werden sollen insbesondere Veränderungen organischer Bestandteile in der Zelle während des Zellzyklus und der Einfluss einer gezielten Variation der Nährmediumszusammensetzung auf den Silikatstoffwechsel und die Ausbildung der Zellwände. In optischen Fallen erfolgen die Raman-Messungen an lebenden Einzelzellen dieser Zellkulturen. Für ein Echtzeit-Monitoring werden die optische Falle und die Raman-Spektroskopie mit einer Mikrofluidikumgebung kombiniert. Parallel zu den Messungen an lebenden Einzelzellen finden Raman-mikroskopische Untersuchungen an extrahierten Zellwänden sowie analytische Untersuchungen (z.B. Elementanalyse mittels Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES), NMR-Spektroskopie) statt. Chemometrische Auswertealgorithmen dienen zur Interpretation der Ergebnisse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen