Dansk målesystem viser gærcellers hemmelige liv

Et danskudviklet optisk system har givet forskerne på Københavns Universitets Biovidenskabelige Fakultet nye opdagelser inden for celledeling.

Ifølge opfinderen, forskningsprofessor Jesper Glückstad fra DTU (Risø), vil mange forskere inden for kemi og biologi have glæde af det nye hjælpemiddel, når de skal håndtere mikroskopiske enheder.

Udstyret er en videreudvikling af de optiske principper til manipulering af mikroskopiske emner, som Jesper Glückstads forskergruppe på Risø har studeret i nogle år.

Hvor den første opstilling på Risø udfyldte et optisk bord på flere kvadratmeter og bestod af komponenter, der tilsammen kostede over en million kroner, måler den nye computerstyrede arbejdsstation ca. en halv meter gange en meter, og de dyre titansafir lasere er erstattet af langt billigere fiberlasere.

Det betyder, at almindelige brugere inden for andre forskningsdiscipliner kan betjene systemet via den grafiske brugergrænseflade.

Den første udgave af arbejdsstationen, som blev leveret til Institut for Fødevarevidenskab på Københavns Universitet for mindre end en måned siden, har dog stadig karakter af et hjemmebygget system, hvor brugernes erfaringer hurtigt kan indføres og være med til at forbedre systemets anvendelsesmuligheder.

Det samme vil gælde for den næste udgave, der til august leveres til Femtolab på Kemisk Institut på Aarhus Universitet.

Erfaringerne fra de første brugere skal vise, om det vil være interessant at videreudvikle et egentligt kommercielt produkt. Tilløbene er taget i form af patentering af de afgørende principper.

Celledeling hæmmes

I arbejdsstationen kan forskerne fastholde og manipulere op til hundrede emner af en størrelse helt ned til en mikrometer.

I et celledelingsforsøg, udført af lektor Niels Arneborg fra Institut for Fødevarevidenskab og hans studerende, blev en gruppe gærceller således placeret tæt omkring hinanden og blev holdt sammen i timevis. Derved kunne de observere, at celledelingen af gærcellen i midten hæmmes.

»Vi kender til adskillige stressfænomener, der kan hæmme celledeling, men dette såkaldte confinement stress er ikke tidligere beskrevet inden for mikrobiologien, og uden den nye arbejdsstation havde vi heller ikke kunnet observere det,« siger Niels Arneborg.

Som mulige pespektiver fremhæver han udvikling af metoder til reduktion af sundhedskadelige biofilm og bakteriebelægninger, som er et stort problem inden for fødevare- og sundhedssektoren.

Manipulerer i 3D

Det er velkendt fra mange forsøg, at små partikler kan holdes på plads af laserstråler. På Niels Bohr Instituttet på Københavns Universitet arbejder lektor Lene Oddershede eksempelvis med en optisk pincet i form af en enkelt laserstråle, hvormed hun kan manipulere med små guldkugler, som kan placeres inden i gærceller, hvorved hun kan måle kraftpåvirkninger ved celledeling.

Jesper Glückstad bruger et dynamisk sæt af modsat-rettede laserstråler til at fastholde de små partikler. Et sæt belyser emnet fra oven og et sæt fra neden. Herved kan han fastholde og manipulere med partiklerne i alle tre dimensioner arbejdsfeltet for arbejdsstationen er 100 µm x 100 µm x 50 µm.

Der er en afstand på cirka en centimeter mellem emne og mikroskoplinse, hvor der i en typisk optisk pincet-opstilling med en enkelt laserstråle kun er en afstand på 1/10 millimeter.

Den vigtigste forskel og nøglen til hele arbejdsstationens virkemåde er dog, at de to sæt af laserstråler, der sendes ind i den biofotoniske arbejdsstation, i den første del opdeles i op til 100 dynamiske strålepar, som kan kontrolleres enkeltvis, og hver enkelt af disse strålepar kan fastholde et emne.

Med grejet kan små enheder, som passer ind i hinanden, placeres som et tredimensionelt puslespil, og Jesper Glückstad forudser, at det kan danne basis for mikro-fabrikker.

Udviklingen af den biofotoniske arbejdsstation foregår i et femårigt forskningsprojekt fra 2007-2011. Forskningsrådet for Teknologi og Produktion støtter med 14,1 mio. kr., og de deltagende institutioner, DTU, Københavns Universitet og Aarhus Universitet, yder et eget bidrag på omkring 10 mio. kr.