ZFE: Wie man Viren sichtbar macht

In den letzten Monaten haben wir viele unterschiedliche Abbildungen des Coronavirus gesehen. Die Bilder wurden in zahlreichen Medien von Tageszeitungen bis zu Webseiten verbreitet, aber nicht alle Leserinnen und Leser wissen, wie es zu diesen Bildern kommt. Die Bilder reichen von einfachen Schwarzweißaufnahmen bis zu spektakulären Farbbildern und künstlerischen Darstellungen. Aber in den meisten Fällen ist nicht vermerkt, mit welcher Methode abgebildet wurde. Ja, man könnte sogar annehmen, dass die schönsten Bilder der Realität entsprechen. Ganz so einfach ist es nicht.

Wir wissen vielleicht noch, dass die Viren winzig klein sind, zwischen 20 und 400 Nanometer. Das bedeutet, dass wir ein leistungsfähiges Mikroskop benützen müssen, um die Viren abzubilden. Coronaviren sind jedoch häufig viel kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts (ca. 400 Nanometer) und deshalb können wir sie in herkömmlichen Lichtmikroskopen nicht sehen. Dafür benötigen wir eine deutlich leistungsfähigere Methode wie die Elektronenmikroskopie, im speziellen die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM).

Die ersten elektronenmikroskopischen Bilder von Viren wurden bereits 1940 durch den späteren Nobelpreisträger Ernst Ruska in Berlin aufgenommen. Seitdem entwickelte sich die Elektronenmikroskopie zu einer Standardmethode der Virenforschung, die weltweit in vielen Labors auch routinemäßig eingesetzt wird.

In der Diagnostik werden heute vor allem molekularbiologische Methoden wie die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) genutzt, aber die Elektronenmikroskopie liefert nach wie vor einige Vorteile: Einerseits können damit neue, unbekannte Viren eindeutig nachgewiesen werden, aber andererseits gelingt es auch, die Viren anhand ihrer charakteristischen Struktur zu klassifizieren. Dies eröffnet den Weg zur Erkennung von Mehr- und Mischinfektionen.

Doch wie kommt es nun zu den Bildern der Viren? Dazu wird ein Transmissionselektronenmikroskop eingesetzt, das mit hochenergetischen Elektronen arbeitet, die eine wesentlich kürzere Wellenlänge als das Licht aufweisen. Damit kann man sehr kleine Strukturen mit einer Auflösung von etwa einem Fünftel eines Nanometers abbilden. Die aufbereiteten Proben werden auf kleine Kupfernetzchen aufgebraucht, mit Schwermetallsalzen angefärbt (Negativ-Kontrastierung) und anschließend im TEM mit Elektronen durchstrahlt. Dabei entstehen immer nur Graustufenbilder wie in der beiliegenden Abbildung anhand einer Untersuchung eines Rotavirus dargestellt (TEM-Untersuchung durch Elisabeth Ingolic, FELMI-ZFE).

Diese realitätsnahen Messergebnisse des TEMs werden gegenwärtig in sehr vielen Veröffentlichungen eingefärbt bzw. auch künstlerisch interpretiert und stimmen sehr oft nicht mehr mit der ursprünglichen Virenstruktur überein.

Neue elektronenmikroskopische Methoden wie die Kryo-Elektronenmikroskopie in Verbindung mit der Einzelteilchenanalyse ermöglichen es sogar, die Virenstruktur mit noch besserer Detailschärfe zu untersuchen, doch in jedem Fall bekommt man nur Graustufenbilder (Shades of Grey) und keine Farbbilder.

https://www.felmi-zfe.at/

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