Zentrale Einheit für Mikroskopie
Unsere Expertise
Die Zentrale Einheit für Mikroskopie, kurz ZEIM, stellt die Geräte und die Expertise für die Präparation und Betrachtung biologischer Proben zur Verfügung. Für diese Aufgaben verfügt ZEIM über mehrere Fluoreszenzmikroskope (FM), Konfokale Mikroskope (CLSM), zwei Transmissions-Elektronenmikroskope (TEM) und ein Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FESEM) sowie die notwendigen peripheren Präparationsgeräte.
Da mikroskopische Experimente meist verschiedenartig verlaufen und besondere Anforderungen erfüllen müssen, kooperiert das Team von ZEIM eng mit den Wissenschaftler:innen, um für das vorgesehene Experiment zugeschnittene Präparationsmethoden und Abbildungstechniken einzusetzen oder zu etablieren. ZEIM kann dabei auf ein großes Portfolio verschiedener Methoden der Licht- und Elektronenmikroskopie zugreifen.
Die jahrzehntelange Erfahrung in der elektronenmikroskopischen Präparation biologischer Proben ist eine besondere Stärke unseres EM-Services. ZEIM bietet u.a. die Möglichkeit, Infektionen mit pathogenen Bakterien an Zelllinien durchzuführen, oder unterstützt bei der morphologischen Beschreibung von neu isolierten Bakterien oder Bakteriophagen. Dies beinhaltet neben der Probenpräparation und Bildaufnahme auch die Auswertung und das Erstellen von Abbildungen für Publikationen.
Im Bereich der FM/CLSM werden die Wissenschaftler:innen bei den Aufnahmen an Fluoreszenz- oder Konfokal-Mikroskopen unterstützt oder erhalten eine entsprechende Einweisung zum eigenständigen Aufnehmen von Bildern. Darüber hinaus werden neben klassischen Fluoreszenzmarkierungen auch Doppelmarkierungen zur Unterscheidung extra- und intrazellulärer Bakterien angeboten.
Zusätzlich zu den eigentlichen Service-Arbeiten bringen wir uns aktiv in wissenschaftliche Kooperationen ein. Wir nutzen die bildgebenden Verfahren und nachfolgende Analysen, um entsprechende Fragestellungen der Partner:innen zu adressieren. Dabei spielt die starke mikrobiologische und zellbiologische Expertise des ZEIM-Teams eine besondere Rolle. Ein Schwerpunkt der Forschung ist die Visualisierung der Wirkstoffkinetik von antimikrobiellen Substanzen innerhalb bakterieller Gemeinschaften – sogenannten Biofilmen – mit unterschiedlichen Mikroskopieverfahren. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf den beiden klinisch relevanten Modell-Organismen Pseudomonas aeruginosa und Staphylococcus aureus. Mit starken Kooperationspartner:innen werden aber auch Projekte mit anderen Bakterien (z.B. Streptokokken) oder Pilzen (z.B. Candida) bearbeitet.
Unsere Expertise
Die Zentrale Einheit für Mikroskopie, kurz ZEIM, stellt die Geräte und die Expertise für die Präparation und Betrachtung biologischer Proben zur Verfügung. Für diese Aufgaben verfügt ZEIM über mehrere Fluoreszenzmikroskope (FM), Konfokale Mikroskope (CLSM), zwei Transmissions-Elektronenmikroskope (TEM) und ein Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FESEM) sowie die notwendigen peripheren Präparationsgeräte.
Da mikroskopische Experimente meist verschiedenartig verlaufen und besondere Anforderungen erfüllen müssen, kooperiert das Team von ZEIM eng mit den Wissenschaftler:innen, um für das vorgesehene Experiment zugeschnittene Präparationsmethoden und Abbildungstechniken einzusetzen oder zu etablieren. ZEIM kann dabei auf ein großes Portfolio verschiedener Methoden der Licht- und Elektronenmikroskopie zugreifen.
Die jahrzehntelange Erfahrung in der elektronenmikroskopischen Präparation biologischer Proben ist eine besondere Stärke unseres EM-Services. ZEIM bietet u.a. die Möglichkeit, Infektionen mit pathogenen Bakterien an Zelllinien durchzuführen, oder unterstützt bei der morphologischen Beschreibung von neu isolierten Bakterien oder Bakteriophagen. Dies beinhaltet neben der Probenpräparation und Bildaufnahme auch die Auswertung und das Erstellen von Abbildungen für Publikationen.
Im Bereich der FM/CLSM werden die Wissenschaftler:innen bei den Aufnahmen an Fluoreszenz- oder Konfokal-Mikroskopen unterstützt oder erhalten eine entsprechende Einweisung zum eigenständigen Aufnehmen von Bildern. Darüber hinaus werden neben klassischen Fluoreszenzmarkierungen auch Doppelmarkierungen zur Unterscheidung extra- und intrazellulärer Bakterien angeboten.
Zusätzlich zu den eigentlichen Service-Arbeiten bringen wir uns aktiv in wissenschaftliche Kooperationen ein. Wir nutzen die bildgebenden Verfahren und nachfolgende Analysen, um entsprechende Fragestellungen der Partner:innen zu adressieren. Dabei spielt die starke mikrobiologische und zellbiologische Expertise des ZEIM-Teams eine besondere Rolle. Ein Schwerpunkt der Forschung ist die Visualisierung der Wirkstoffkinetik von antimikrobiellen Substanzen innerhalb bakterieller Gemeinschaften – sogenannten Biofilmen – mit unterschiedlichen Mikroskopieverfahren. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf den beiden klinisch relevanten Modell-Organismen Pseudomonas aeruginosa und Staphylococcus aureus. Mit starken Kooperationspartner:innen werden aber auch Projekte mit anderen Bakterien (z.B. Streptokokken) oder Pilzen (z.B. Candida) bearbeitet.
Unsere Ausstattung
Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
Neben der schnell auszuführenden Negativ-Kontrastierung zur Darstellung von Bakterien, Bakteriophagen, Viren und Vesikeln kommen bei ZEIM vielfältige Einbettungstechniken zum Einsatz. Über die klassische Einbettung in Epoxid und Acryl-Harze hinaus bieten wir auch Tieftemperatureinbettungen und Hochdruckgefrieren mit anschließender Gefriersubstitution an, um Proben nachfolgend im Ultradünnschnitt mittels TEM zu analysieren. Expertise in der Immunzytochemie ist ebenfalls vorhanden, um Pathogenitätsfaktoren, beispielsweise mit Hilfe von Antikörpern und Goldnanopartikeln, in eukaryontischen Zellen oder Bakterien am Ultradünnschnitt nachzuweisen.
Ausstattung:
- Transmissionselektronenmikroskop Zeiss Libra120 Plus
- Transmissionselektronenmikroskop Zeiss TEM910
- Ultramikrotom Leica UC7 mit Cryokammer FC7
- Ultramikrotom Reichert Ultracut S,
- Hochdruckgefrierer Leica EM-Pact 1
- Bedampfungsanlage Bal-Tec MED 020
- Gefriersubstitution Leica EM AFS
Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM)
Für die hochauflösende Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM) verwenden wir spezielle ZEIM-Standardprotokolle für die Probenpräparation. So können Infektionsprozesse und Oberflächenstrukturen schnell fixiert und präzise dargestellt werden. Für besondere Fragestellungen werden neue Präparationsansätze getestet und gegebenenfalls etabliert. Wie bei der TEM bieten wir auch für die FESEM die Möglichkeit, die Probenpräparation mit der Immunzytochemie zu koppeln.
AUSSTATTUNG:
- Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop Zeiss Merlin mit Atlas, STEM Detektor, EsB-Detektor für Materialkontrast, Shuttle&Find für CLEM (korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie) und Oxford EDX Aztec mit X-Max Detektor
- Kritische Punkt-Trocknungsapparatur Leica EM CPD300
- Sputter Coater Bal-Tec SCD 500
Fluoreszenz (FM)- und Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM)
Die FM/CLSM bietet die Möglichkeit, selektiv angefärbte Kompartimente und Elemente in Zellen sichtbar zu machen. Die Anfärbung kann dabei über Fluoreszenzfarbstoffe, fluoreszierende Proteine oder Fluoreszenz-markierte Antikörper erfolgen. Neben fixierten Proben können so auch Aufnahmen von lebenden Präparaten erfolgen. Bei komplexen, dreidimensionalen Strukturen ist dabei die konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie das Mittel der Wahl, da sie die Möglichkeit optischer Schnitte erlaubt, die im Nachgang wieder zu einem 3D-Volumen zusammengesetzt werden können. Eine entsprechende, kommerzielle Software zur Bildanalyse (Imaris 9.3, Oxford Instruments) ist ebenfalls bei ZEIM verfügbar.
AUSSTATTUNG:
- Zeiss Axio Imager A2
- Zeiss Axio Imager A1
- Zeiss Axio Observer Z1 mit Apotome
- Zeiss Imager Z2
- Leica SP5 aufrechtes Konfokales Laser-Scanning Mikroskop
- Leica SP8 inverses Konfokales Laser-Scanning Mikroskop
- Bildanalysesoftware: Imaris version 9.3.
Das Unsichtbare sichtbar zu machen ist die Stärke der Mikroskopie, denn nur so erhalten wir faszinierende Einblicke in eine für uns sonst verborgene Welt.
Mathias Müsken studierte von 2000-2006 Molekulare Biotechnologie an der Universität Bielefeld. Schon in seiner Diplomarbeit lag sein Fokus auf dem Gebiet der Mikrobiologie speziell der Untersuchung des Proteoms von Corynebacterium jeikeium. Als ERASMUS-Student hatte er zudem die Möglichkeit zu einem Aufenthalt an der Königlichen Technischen Hochschule in Stockholm, Schweden. 2006, im Gründungsjahr des HZIs, begann er mit seiner Promotion in Braunschweig, die ihn noch einmal für ein halbes Jahr nach Stockholm führte, dieses Mal an das Karolinska Institut. Die Mikroskopie war zu diesem Zeitpunkt bereits zentraler Bestandteil seines Wirkens. Die im Rahmen seiner Doktorarbeit etablierten mikroskopischen Verfahren zur quantitativen Analyse von bakteriellen Biofilmen begleiten ihn auch heute noch. Im Anschluss war er als Postdoc in der Abteilung „Molekulare Bakteriologie“ am Twincore in Hannover tätig und versuchte, altbewährte Antibiotika für die Behandlung von Biofilmen zu optimieren und neue Anti-Biofilm Wirkstoffe in großangelegten Screens zu identifizieren. 2017 wechselte er zurück an das HZI in die „Zentrale Einheit für Mikroskopie“. Diese Arbeitsgruppe übernahm Mathias Müsken im Jahr 2021 und ist seitdem verantwortlich für die Leitung der Plattform. Neben der langjährigen Erfahrung auf dem Gebiet der Lebendzell-Mikroskopie ist er auch der Experte für die angebotenen, elektronenmikroskopischen Verfahren.
Ausgewählte Publikationen
Engelhardt F, Turnbull K, Gür M, Müsken M, Preusse M, Häussler S, Roghanian M. (p)ppGpp imposes graded transcriptional changes to impair motility and promote antibiotic tolerance in biofilms. NPJ Biofilms Microbiomes. 2025 Aug 1;11(1):148. doi: 10.1038/s41522-025-00795-7.
Osbelt L, Almási ÉDH, Wende M, Kienesberger S, Voltz A, Lesker TR, Muthukumarasamy U, Knischewski N, Nordmann E, Bielecka AA, Giralt-Zúñiga M, Kaganovitch E, Kühne C, Baier C, Pietsch M, Müsken M, Greweling-Pils MC, Breinbauer R, Flieger A, Schlüter D, Müller R, Erhardt M, Zechner EL, Strowig T. Klebsiella oxytoca inhibits Salmonella infection through multiple microbiotacontext-dependent mechanisms. Nat Microbiol. 2024 Jul;9(7):1792-1811. doi: 10.1038/s41564-024-01710-0
Bublitz A, Brauer M, Wagner S, Hofer W, Müsken M, Deschner F, Lesker TR, Neumann-Schaal M, Paul LS, Nübel U, Bartel J, Kany AM, Zühlke D, Bernecker S, Jansen R, Sievers S, Riedel K, Herrmann J, Müller R, Fuchs TM, Strowig T. The natural product chlorotonil A preserves colonization resistance and prevents relapsing Clostridioides difficile infection. Cell Host Microbe. 2023 May 10;31(5):734-750.e8. doi: 10.1016/j.chom.2023.04.003.
Müsken M, Pawar V, Schwebs T, Bähre H, Felgner S, Weiss S, Häussler S. Breaking the vicious cycle of antibiotic killing and regrowth of biofilm-residing Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother. 2018 Nov 26;62(12):e01635-18. doi: 10.1128/AAC.01635-18
Müsken M, Di Fiore S, Römling U, Häussler S. A 96-well-plate-based optical method for the quantitative and qualitative evaluation of Pseudomonas aeruginosa biofilm formation and its application to susceptibility testing. Nat Protoc. 2010 Aug;5(8):1460-9. doi: 0.1038/nprot.2010.110
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