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Einführung in die Technologie - warum Cryo?

Die Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) hat sich zu einem wichtigen Instrument für die Strukturanalyse biologischer Proben bei nahezu atomarer Auflösung entwickelt. Hierbei wird die Probe in flüssigem Ethan schockgefroren und in eine dünne Schicht aus glasartigem Eis eingebettet. Auf diese Weise verbleibt die Probe in ihrem natürlichen hydratisierten Zustand und die inewohnende Heterogenität sowie die Struktur-Funktions-Beziehungen bleiben erhalten. Um die Probe während der Bildgebung in diesem glasartigen Zustand zu erhalten, wird diese stets bei kryogenen Temperaturen aufbewahrt. 

Zwei wichtige Ansätze für die dreidimensionale Kryo-EM sind die Einzelpartikelanalyse (SPA) und die Kryo-Elektronentomographie (ET). Im ersten Fall wird die dreidimensionale Struktur der Probe durch die Mittelung von Projektionsbildern von Hunderttausenden idealerweise identischer Molekülkopien abgeleitet. Biologische Proben sind jedoch in der Regel heterogener und die Verwendung von Mehrteilchenalgorithmen ermöglicht es uns, mehrere Strukturen aus einer Proben zu extrahieren.

Stehen nicht mehrere Kopien einer Probe zur Verfügung, kann mit Hilfe der Kryo-Elektronentomographie (Kryo-ET) eine dreidimensionale Rekonstruktion dieser einzigartig geformten Probe erstellt werden. Bei der Kryo-Elektronentomographie wird die Probe aus verschiedenen Blickwinkeln abgebildet, während sie im Elektronenstrahl gedreht wird. Die daraus resultierende Serie von Projektionsbildern kann in ein 3D-Tomogramm zurückprojeziert werden. Auf diese Weise ermöglicht die Kryo-ET die Visualisierung biologischer Proben im zellulären Kontext, was zum Verständnis ihrer Funktion innerhalb der Zelle beiträgt.

Thermo Fisher Scientific Titan Krios G3i

Systemspezifikationen:

  • 80 - 300 keV Beschleunigungsspannung
  • XFEG-Elektronenquelle
  • Laderoboter mit Kassete für zwölf Proben
  • Ceta 16 mpix CMOS-Kamera
  • Falcon 3 DED
  • GATAN K3 DED + BioQuantum GIF
  • Volta-Phasenplatte
  • Doppelachsiger Tomographiehalter
  • Softwarepakete: EPU, Tomo5, SerialEM, Maps
  • Bildvorverarbeitung

 

Thermo Fisher Scientific Aquilos 2

Systemspezifikationen:

  • Probenvorrbereitung und laden unter Kryobedingungen.
  • Voll drehbarer Probentisch bei Kryotemperaturen
  • Spezielle Kryo-FIB Autogrids zur Präperation von Lamellen unter flachem Einfallswinkel
  • Probenfähre für Autogrids: Kryo-FIB-Fähre mit integriertem Verschlusssystem für den Kryotransfer
  • Kompatible Probenfähre für den direkten Transfer zwsichen Leica SP8 Konfokalmikroskop und Aquilos 2
  • Integriertes, einziehbares Zerstäubungssystem zum Auftragen leitfähiger Beschichtungen
  • Gasinjektionssystem zum Auftragen von Schutzbeschichtungen
  • MAPS Software für korrelative Arbeitsabläufe
  • AutoTEM Software zur automatisierten Lamellenpräparation
  • Kleindiek Mikromanipulator

Leica TCS SP8

Systemspezifikationen:

  • Probenvorrbereitung und laden unter Kryobedingungen
  • HCX PL APO 50x CLEM Kryo-Objektiv
  • Konfokales optisches Mikroskop SP8 + Software SP8 LIGHTNING
  • Kompatibel mit MAPS-Software für korrelative Arbeitsabläufe
  • Laseranregungsfrequenzen: 405 nm 488 nm 552 nm 638 nm

Detektoren:

  • 1x PMT-Detektor, 2x HyD-Detektoren

Filter:

  • DAP  (Em: 325-375)
  • N2.1  (Em: 515-561)
  • I3    (Em: 450-490)
  • GFP   (Em: 450-490)

PRIMO Mikrobemusterungssystem

Ein Mikrobemusterungssystem, das die Kontrolle der Zelladhäsion, -ausbreitung und -form auf EM-Gitternetzchen ermöglicht. Es ermöglicht eine präzise Zellpositionierung und eine optimierte Zellverteilung, während die Oberfläche des EM-Gitternetzchens unbeschädigt bleibt. Die Software positioniert die Muster automatisch innerhalb des Netzes des EM-Gitternetchens aus und stellt sicher, dass Ihre Zellen für die weitere Verarbeitung optimal positioniert sind.

Thermo Fisher Scientific Vitrobot Mark IV

  • Vollautomatische, reproduzierbare Vitrifizierung wässriger Suspensionen
  • Präzise Kontrolle kritischer Prozessparameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Präperationszeit usw.
  • Geschlossene Prozesskammer
  • Hoher Probendurchsatz
  • Einfache und flexible Benutzeroberfläche
  • Halbautomatische Probenübergabe

High performance computing cluster

3x GPU Cluster

  • Xeon Gold 6148

            80 CPUs 2.4 GHz

  • 4 Tesla V100 GPUs

           32 GB Memory

           5120 Cuda Cores

           8.2 Tera Flops (dual precision) 

  • 1.5 TB Memory