Onderzoekers maken 3D-beeld met lichtmicroscoop

Het is Delftse onderzoekers voor het eerst gelukt om met licht een driedimensionaal beeld te maken van een cellulair onderdeel. Het gaat om het zogeheten ‘kernporiecomplex’ (nuclear pore complex), tunneltjes die het verkeer van en naar de celkern faciliteren. Het in 3D bestuderen van celonderdelen kan onder meer helpen bij het achterhalen van de oorzaak van verschillende ziekten. De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in Nature Communications.

Met elektronenmicroscopen was het al mogelijk om gedetailleerde 3D-beelden te maken van de allerkleinste objecten, dankzij cryo-microscopie. In 2017 kregen drie onderzoekers de Nobelprijs voor Scheikunde voor de ontwikkeling en verdere verbetering van deze baanbrekende technologie. Helaas is deze methode niet toepasbaar op de lichtmicroscopie. De groepen van Sjoerd Stallinga en Bernd Rieger hebben nu toch een 3D-beeld van het kernporiecomplex kunnen maken op basis van licht, door met behulp van slimme algoritmen meer informatie uit de opgehaalde microscopiedata te destilleren. Met als resultaat de onderstaande video:

“Het gaat hier niet om één nuclear pore complex”, licht Bernd Rieger toe. “Dit beeld is een gemiddelde van honderden complexen.” Het behaalde resultaat, dat voortbouwt op werk dat Rieger en Stallinga in 2018 publiceerden in Nature Methods, is vooral een rekenkundig huzarenstukje. “Omdat je veel meer vrijheidsgraden hebt in 3D, is het een stuk ingewikkelder de juiste ligging van de complexen te bepalen zodat je zinnig kunt middelen”, aldus Rieger.

De nieuwe methode maakt het mogelijk om biologische structuren met behulp van lichtmicroscopie in 3D te bekijken. Eiwitten bijvoorbeeld. Dat is van belang omdat de manier waarop een eiwit gevouwen is bepaalt hoe het zich gedraagt, en omdat verkeerd gevouwen eiwitten aan de basis van aandoeningen kunnen liggen. “Het kernporiecomplex waar wij nu een opname van hebben gemaakt is in die zin ook erg interessant”, zegt Rieger. “Het is namelijk essentieel voor de stroom van informatie van en naar de celkern. Gaat er iets mis in die informatiestroom, dan ontstaan ziekten.”

De Delftse onderzoekers werkten in dit project samen met verschillende groepen in Duitsland. Rieger: “Die groepen keken allemaal met een nét iets andere set-up en manier van zichtbaar maken naar kernporiecomplexen, maar behaalden met onze methode toch hetzelfde resultaat. Dat wijst erop dat onze methode degelijk en breed toepasbaar is.”