UFZ-Newsletter Mai 2015

Bild 5 | NanoSimS Im NanoSIMS-Experiment wird das Probenmaterial durch einen Ionenstrahl abgetragen und ortsaufgelöst massenspektros- kopisch analysiert. Im Fall des Haldenmaterials aus dem Erz- bergbau wurden zum Beispiel die Zusammensetzung der Minera- lien sowie die Zellbestandteile chemisch quantifiziert. Dabei können unter den gefundenen Mikrobengruppen diejenigen identifiziert werden, die an den Laugungsprozessen beteiligt sind. Die drei Falschfarbenbilder ein und derselben Region zeigen a) Mikroben (lila) und schwefel- haltige Partikel (grün), b) Eisen- oxid- (rot) und Quarzminerale (grün) sowie c) Eisenoxid- (rot) und Eisensulfidminerale (blau). Bild 2 | markierung interessanter regionen Ist eine Mikrobe mittels Fluoreszenzmikroskopie identifiziert, muss sie zum Zweck weiterer Untersuchungen in anderen Mikroskopen wieder aufgefunden werden. Das würde unter Umständen jedes Mal der Suche einer Nadel im Heuhaufen gleichen. Deshalb brennen die Wissenschaftler mit einem Laser- Microdissection-System Markierungen um die sie interessierenden Objekte in der Probe, die sie leicht wiederfinden können. In der Aufnahme des Heliumionen- mikroskops (HIM) sind die Markierungen sowie die im markierten Feld liegende Mikrobe zu sehen. Ein perfekter Workflow: Der kombinierte Einsatz von verschiedenen Analyse- und bildgebenden Verfahren eröffnet den Forschern am UFZ einzigartige Möglichkeiten, um mikrobielle Gemeinschaften zu charakteri- sieren. Zum Beispiel, um Technologien zu entwickeln wie die mikrobielle Laugung von Metallen aus Erzen: Mithilfe von NanoSIMS und Co. können die Wissenschaftler die Funktionen einzelner Mikroben auf zellulä- rer Ebene untersuchen, um darauf aufbauend das Bioleaching zu verstehen, an dem Trillionen von Bakterien beteiligt sind. Erste Ergebnisse lassen erahnen, wie aufschlussreich die Kombination der hochspezialisierten Mikroskope und Analysegeräte sein wird, wenn ProVIS den Forschungsbetrieb vollständig aufgenommen hat. Bild 1 | Fluoreszenzmikroskopie Der erste Schritt der korrelativen Mikroskopie ist die Fluoreszenzmikroskopie. Sie dient dazu, Mikroorganismen zu detektieren und ihre Menge in der Probe zu bestimmen. Hierfür binden fluoreszierende Farbstoffe spezifisch an die DNA von Mikroorganismen. Die Farbstoffe werden mit UV-Licht angeregt und emittie- ren bei ihrer Abregung sichtbares Licht. Im Bild sind Bakterien in einer Probe von Haldenmaterial aus dem Erzbergbau in grün sichtbar. Zirka eine Milliarde Bakterien von jeweils einem Mikrometer Größe kommen in einem Gramm dieser Probe vor. 4 UFZ-Newsletter | Mai 2015 Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ a b c Bilder 3 und 4 | korrelation von heliumionenmikroskop und röntgenspektroskopie (him-eDX overlay) Das linke Bild zeigt eine 32-fach vergrößerte heliumionenmikroskopische Aufnahme der Mikrobe aus Bild 2. Neben der Mikrobe sind Erzmineralien und die Poren des Filters zu sehen, auf dem die Probe filtriert und getrocknet wurde. Durch die extrem oberflächensensitive Heliumionmikroskopie wird für geübte Augen sicht- bar, dass die Zellwand der Mikrobe mit mineralischen Partikeln bedeckt ist. Um herauszufinden, um welche Mineralien es sich handelt, wurde dieselbe Region im Rasterelektronenmikroskop mittels Röntenspektroskopie (EDX)-Messungen untersucht. Dabei werden Röntgenspektren ortsaufgelöst aufgenommen und die Intensi- tät der elementspezifischen Peaks in Falschfarbenbildern abgebildet. Silicium wurde dabei grün, Eisen rot, Schwefel blau und Aluminium gelb zugeordnet. Das rechte Bild zeigt die Überlagerung dieser Falschfarbenbilder mit der HIM–Aufnahme, über das nun die Mineralien identifiziert werden können. Die Mikrobe erscheint in der Mischfarbe rot+blau=pink, was zeigt, dass Eisensulfidmineralien an ihrer Oberfläche haften. untersuchte Region Lasermarker 10 µm 1 µm 4 µm 10 µm FeO FeO SiO2 SiO2 aluminiumhaltige Minerale FeS-Prezipitate auf Mikrobe

UFZ-Newsletter Mai 2015

Übersicht