Elf Millionen Euro vom ERC

05.11.2020

Drei Experten für super-auflösende Mikroskopie wollen bessere Bilder von funktionierenden und krankhaft veränderten Nervenzellen gewinnen. Der Europäische Forschungsrat ERC fördert sie mit elf Millionen Euro.

Superaufgelöste Bilder made in Würzburg: Mit der Expansionsmikroskopie ExM lassen sich Feinstrukturen des Gehirns präzise darstellen, deren Gestalt sich bei Lern- und Gedächtnisprozessen verändert. Zu sehen sind Pyramidenzellen aus dem Hippokampus der Mauslinie Thy1-eGFP. (Bild: Team Markus Sauer / Universität Würzburg)

In den Synapsen der Nervenzellen gibt es Hunderte von spezialisierten Proteinen, die für das Funktionieren des Nervensystems wichtig sind. Gerät hier etwas in Unordnung, können neurologische oder psychiatrische Krankheiten die Folge sein – Alzheimer und Parkinson, Depression und Schizophrenie sind nur einige davon.

Die neurobiologische Forschung möchte darum gerne wissen, wo genau sich diese Proteine in den Synapsen befinden und welche Wechselwirkungen sie mit anderen Molekülen eingehen. Doch dabei steht eine Hürde im Weg: „Selbst mit den besten hochauflösenden Mikroskopie-Techniken können wir die Proteine noch nicht einzeln mit einer räumlichen Auflösung von wenigen Nanometern sichtbar machen“, sagt Professor Markus Sauer. Der Experte für super-auflösende Mikroskopie forscht und lehrt am Biozentrum der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU).

Diese Hürde möchte Sauer nun gemeinsam mit zwei anderen Fachleuten für hochauflösende Mikroskopie überwinden: mit den Professoren Silvio Rizzoli vom Institut für Neuro- und Sinnesphysiologie der Universitätsmedizin Göttingen, einem Synapsen-Physiologen, und mit dem Physiker und Biotechnologen Edward S. Boyden vom Massachusetts Institute of Technology (USA).

Fördermittel vom Europäischen Forschungsrat

Für ihr Projekt haben die drei Experten nun erfolgreich Fördergeld eingeworben: Der Europäische Forschungsrat (European Research Council, ERC) unterstützt ihr Vorhaben „Ultraresolution“ mit einem ERC Synergy Grant in Höhe von elf Millionen Euro. Rund 4,4 Millionen der Fördermittel fließen an die JMU.

Das gab der ERC am 5. November 2020 bekannt. Das Projekt startet im Juni 2021 mit einer Laufzeit von sechs Jahren. Die Fördermittel werden als Personalmittel für Postdocs und Promovierende sowie für ein neues Lichtblattmikroskop eingesetzt.

Ziele des ERC-Projekts „Ultraresolution“

Die Forscher wollen verstehen, wie Schlüsselkomponenten der Synapsen im gesunden und im erkrankten Organismus organisiert sind. Sie möchten standardisierte diagnostische Tests erarbeiten, die sich für Routine-Untersuchungen von Gewebeproben eignen. Und sie möchten ihre hochauflösenden Mikroskopie-Techniken so simpel halten, dass der Einsatz in jedem biomedizinischen Labor möglich ist.

Um einzelne Synapsen-Proteine sichtbar machen zu können, wollen die Wissenschaftler die bisher leistungsfähigsten Mikroskopie-Techniken so verbessern, dass Bilder mit einer Auflösung von ein bis fünf Nanometer möglich werden. Aktuell sind „nur“ 20 bis 30 Nanometer zu schaffen; einzelne Proteine sind drei bis sieben Nanometer groß.

Im Projekt will das Team die Expansionsmikroskopie (ExM) mit der einzelmolekülempfindlichen Super-Resolution-Mikroskopiemethode dSTORM verbinden, um die mikroskopische Auflösung deutlich weiter zu verbessern.

Einzigartige Expertisen vereint

Dieses Ziel kann keines unserer Teams im Alleingang erreichen, und es gibt derzeit weltweit keine weitere Forschungsgruppe neben uns, die die benötigten Expertisen besitzt, um Fluoreszenz-Imaging mit einer Strukturauflösung von wenigen Nanometern zu erreichen“. Mit dieser Aussage macht Sauer deutlich, welch großes Expertenwissen im ERC-Projekt „Ultraresolution“ zusammentrifft.

Alle Beteiligten sind Fachleute für die hochauflösenden Mikroskopie-Techniken STED (Stimulated Emission Depletion), dSTORM (Direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) und ExM (Expansionsmikroskopie). Ihre Teams haben diese Techniken in den vergangenen Jahren deutlich weiterentwickelt.