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Zelluläre Bildgebung und Nanoanalytik

Wir kombinieren Mikrofluidik mit der Elektronenmikroskopie, um zelluläre Strukturen und Mechanismen zu untersuchen.

Die richtige Architektur von Proteinen und zellulären Strukturen ist für Zellen und Organismen lebenswichtig. Durch die Aufklärung solcher Strukturen erhalten wir Einblicke in grundlegende biologische Prozesse. Die Elektronenmikroskopie hat die Art und Weise, wie wir Strukturen untersuchen, radikal verändert. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die Probenvorbereitung. Mit miniaturisierten Systemen ist es möglich, die Struktur von Zellbestandteilen zu bestimmen, die vorher nicht zugänglich waren, und sie eröffnen neue Wege, die gesamten Proteine einer Zelle, das Proteom, zu untersuchen.

Mit Mikrofluidik fragile Proteinstrukturen aufklären
Die Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) benötigt von einem Teilchen nur einige Tausend bis wenige Millionen Bilder, um daraus eine Struktur mit hoher Detailgenauigkeit zu berechnen und ein Modell zu erstellen. Die grosse Schwachstelle sind jedoch die klassischen Präparations-Methoden. Sie sind nicht nur langwierig und aggressiv, sondern erfordern auch grosse Proteinmengen.

Mit der Kombination von Mikrofluidik und Elektronenmikroskopie lässt sich dieses Problem beheben. Dieses Verfahren macht es möglich, Proben im Nanoliter-Massstab für die Kryo-EM schonend und verlustfrei aufzubereiten. Ausserdem ermöglicht die Mikrofluidik die Isolation und Reinigung von Proteinen mit kleinsten Startmengen. So können damit nun auch Proteine untersucht werden, die zuvor den aggressiven Präparationsmethoden nicht standhielten, oder nicht in der entsprechenden Menge hergestellt werden konnten.

Einzelzell-Proteomik zur Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen
Mithilfe der mikrofluidischen Probenvorbereitung und einem Gerät zum Picken einzelner Zellen können wir das Proteom einer einzigen Zelle für die Elektronenmikroskopie aufbereiten und die Proteine bezüglich ihrer Architektur untersuchen. So lässt sich feststellen, ob bei kranken Zellen Proteinstrukturen im Vergleich zu gesunden Zellen verändert sind. Wir nutzen diese Methode, um zu untersuchen, warum die mit Parkinson verbundenen Strukturveränderungen von Zelle zu Zelle fortschreiten.

Team

Wissenschaftliche Mitarbeiter/innen

Postdoktoranden/innen

Doktoranden/innen

Masterstudenten/innen

Publikationen

2019

Oliva, Paolo; Bircher, Benjamin Andreas; Schoenenberger, Cora-Ann; Braun, Thomas (2019). Array based real-time measurement of fluid viscosities and mass-densities to monitor biological filament formation. Lab on a chip, 19 (7), 1305-1314.

2017

Arnold, Stefan A.; Albiez, Stefan; Bieri, Andrej; Syntychaki, Anastasia; Adaixo, Ricardo; McLeod, Robert A.; Goldie, Kenneth N.; Stahlberg, Henning; Braun, Thomas (2017). Blotting-free and lossless cryo-electron microscopy grid preparation from nanoliter-sized protein samples and single-cell extracts. Journal of Structural Biology, 197 (3), 220-226.

2013

Bircher, Benjamin A.; Dümpelmann, Luc; Renggli, Kasper; Lang, Hans Peter; Gerber, Christoph; Bruns, Nico; Braun, Thomas (2013). Real-Time Viscosity and Mass Density Sensors Requiring Microliter Sample Volume Based on Nanomechanical Resonators. Analytical Chemistry, 85 (18), 8676-83.

2000

Braun, T.; Philippsen, A.; Wirtz, S.; Borgnia, M.; Agre, P.; Kühlbrandt, W.; Engel, A.; Stahlberg, H.: GlpF : a structural variant of the aquaporin tetramerMolecular biology and physiology of water and solute transport, New York: Kluwer Academic, 13-22.


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