Rasterelektronenmikroskop mit FIB

• Subject Area: Plant Sciences
• Term: Funded in 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 85563087

• Final Report Year: 2013

Final Report Abstract

Das Gerät wurde für 3 verschiedene ultrastrukturelle Techniken eingesetzt. A. Hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie: Fragestellungen: Ultrastrukturelle Untersuchungen von Chromosomen, Immunomarkierung von Histonen mit Fluoronanogold und anschließender Silberverstärkung. Spezifische Markierung von DNA mit metallorganischen Verbindungen zur Detektion über BSE. Hochauflösende Untersuchungen an Mikroorganismen zur Darstellung aller strukturell erfassbarer Parameter (Flagellen, Pili, Fimbrien, S-Layer etc). B. Kryorasterelektronenmikroskopie: Untersuchung einer Vielzahl biologischer Proben nach Hochdruckkryofixierung, Gefrierbruch und Untersuchung im SEM, frozen-hydrated. Besonders erfolgreich waren die Untersuchungen von Mikroorganismen, insbesondere Magnetbakterien. Hier konnten die Magnetosomen mit ihren Membranen und den Axialfilamenten in situ dargestellt werden. Die Elementanalyse mit Hilfe der zwei 30 mm2 Detektoren ist empfindlich genug, um in kurzer Zeit (wenige Minuten) ein Elementmapping an gefrorenen Proben durzuführen. So konnten nicht nur die Magnetosomen über die Elemente Eisen und Sauerstoff, sondern auch die Speicherstoffe (Schwefel und Poly-ßhydroxybuttersäure) unterschieden werden. C. 3D-Rekonstruktion mit FIB-FESEM: Der Großteil der Untersuchungen erfolgte an eingebetten Proben mit FIB-FESEM zur Rekonstruktion histologischer und zellulärer Strukturen. Das Spektrum war breit gefächert: • 3D-Rekonstruktion der Netzhaut von Fischen. • 3D-Rekonstruktion von Glomeruli/Podozyten der Niere. • 3D-Darstellung von Wurzelzellen mit defekter Zellwandbildung. • Abbau der Lipidbodies und Entstehung der Glyoxysomen in Keimblättern von Arabidopsis. • 3D-Rekonstruktion der Dictyosomen der Alge Micrasterias. • 3D-Rekonstruktion von Archaea zur Darstellung zellulärer Kontakte über fibrilläre Strukturen. • Hochauflösender Vergleich von FIB-FESEM und TEM-Tomographie. Strukturelle Analyse der Verteilung von Immunomarkern unterschiedlicher Histon-Varianten bei Chromosomen verschiedener Pflanzen- und Tierarten mit zwei unterschiedlichen Ansätzen: a. Chromsomen auf Glasobjektträgern wurden nach Kohlebedampfung direkt geschnitten um die Verteilung interner Hohlräume sowie Immunomarker darzustellen. b. Chromosmen auf Glasobjektträgern wurden in dünne Schichten Kunstharz (entweder wasserlösliche oder nach Entwässerung in Epoxide) eingebettet und dann geschnitten. Hohlräume sind dann nach Markierung mit DNA-spezifischen Schwermetall-Verbindungen indirekt darstellbar. Allerdings können die Immunomarker höher aufgelöst dargestellt werden.

Publications

• The mth60 fimbriae of Methanothermobacter thermoautotrophicus are functional adhesins. (2008) Environment. Microbiol. 10: 2785-2795
  Thoma C, Frank M, Rachel R, Schmid S, Näther D, Wanner G, Wirth R
  
• Chromosome Centromeres: Structural and Analytical Investigations with High Resolution Scanning Electron Microscopy in Combination with Focused Ion Beam Milling. (2009) Cytogenet Gen Res 124: 239- 250
  Schroeder-Reiter E, Wanner G
  
• Focused ion beam (FIB) combined with high resolution scanning electron microscopy: A promising tool for 3D analysis of chromosome architecture. (2009) J Struct Biol. 165 (2): 97-106
  Schroeder-Reiter E, Pérez-Willard F, Zeile U, Wanner G
  
• Conservation of proteobacterial magnetosome genes and structures in an uncultivated member of the deep-branching Nitrospira phylum. (2011) PNAS 108:1134-1139
  Jogler C, Wanner G, Kolinko S, Niebler M,Amann R, Petersen N, Kube M, Reinhardt R, Schüler D
  
• Holocentric chromsomes of Luzula elegans are characterized by a longitudinal centromere groove, chromosome bending and a terminal nucleolus organizer region. (2011) Cytogenet Gen Res 134: 220-228
  Heckmann S, Schroeder-Reiter E, Kumke K, Ma L, Nagaki K, Murata M, Wanner G, Houben A
  
• Methanocaldococcus villosus sp. nov., a heavily flagellated archaeon that adheres to surfaces and forms cell-cell contacts. (2011) Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 61:1239-1245
  Bellack A, Huber H, Rachel R, Wanner G, Wirth R
  
• Single-cell analysis reveals a novel uncultivated magnetotactic bacterium within the candidate division OP3. (2011) Environ. Microbiol. 14(7):1709-1721
  Kolinko S, Jogler C, Katzmann E, Wanner G, Peplies J, Schüler D
  
• The Mode of Cell Wall Growth in Selected Archaea Is Similar to the General Mode of Cell Wall Growth in Bacteria as Revealed by Fluorescent Dye Analysis. (2011) Appl. Environ. Microbiol. 77:1556-1562
  Wirth R, Bellack A, Bertl M, Bilek Y, Heimerl T, Herzog B, Leisner M, Probst A, Rachel R, Sarbu C, Schopf S, Wanner G
  
• Current SEM techniques for de- and reconstruction of centromeres to determine 3D CENH3 distribution in barley mitotic chromosomes. (2012) J Microscopy 246 (1): 96-106
  Schroeder-Reiter E, Sanei M, Houben A, Wanner G
  
• FIB/SEM-tomography with TEM-like resolution for 3D imaging of high pressure frozen cells. (2012) Histochem Cell Biol 138: 549-556
  Villinger C, Gregorius H, Kranz Ch, Höhn K, Münzberg C, von Wichert G, Mizaikoff B, Wanner G, Walther P
  
• Stretching the rules: monocentric chromosomes with multiple centromere domains. (2012) PloS Genetics 8(6): e1002777
  Neumann P, Navrátilová A, Koblízková A, Chocholová E, Novaák P, Schroeder-Reiter E, Wanner G and Macas J
  
• Scanning Electron Microscopy of Chromosomes: Structural and Analytical Investigations. in Scanning Electron Microscopy for the Life Sciences, ed. Heide Schatten. (2013) Cambridge University Press 137-164
  Schroeder-Reiter E, Wanner G