Die FRET-Mikroskopie

Die "Förster- (oder auch Fluoreszenz-) Resonanzenergietransfer-Mikroskopie" (FRET) ist eine Spezialanwendung der Fluoreszenzmikroskopie. Vorhergesagt wurde der Effekt des Energieübertrags von Theodor Förster (1910–1974), nach dem dieser benannt ist.

Von Dr. Jakob Bierwagen, AHF analysentechnik AG

Beim FRET-Effekt wird Energie von einem Donor-Molekül auf ein Akzeptor-Molekül übertragen. Die Effizienz dieses Energieübertrags nimmt mit der sechsten Potenz des Abstandes ab und ist auch abhängig von der Orientierung der Moleküle. Durch diese starke Entfernungsabhängigkeit kann man sehr genau Distanzen von 0 bis ca. 10 nm optisch vermessen. Um den FRET-Effekt zu erzeugen, muss sich das Emissions-Spektrum des Donors mit dem Anregungsspektrum des Akzeptors überlagern. Je näher sich die Moleküle kommen und je paralleler sie zueinanderstehen, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Anregungsenergie des Donors auf den Akzeptor übertragen wird.

In der Praxis wird der Donor mit einem Laser oder einer LED-Lichtquelle angeregt. Anschließend gibt es mehrere Möglichkeiten, den FRET-Effekt zu beobachten: Entweder über die Fluoreszenzzunahme des Akzeptors, die Fluoreszenzabnahme des Donors oder über die (reduzierte) Fluoreszenzlebensdauer des Donors. Diese Methode ist meist auch die genaueste, da hier Bleicheffekte nur eine untergeordnete Rolle spielen. Mit Hilfe von Referenzmessungen, durch die man den Förster-Radius des FRET-Paares ermittelt, kann man dann den Abstand zwischen den Molekülen berechnen.

Anwendung findet der Effekt bei der Mechanismen-Aufklärung, wenn sich Proteine oder andere molekulare Maschinen durch Protein-Protein-Interaktion oder Konformationsänderungen bewegen. Des weiteren ist der Effekt ist in der OLED-Technik von Bedeutung und auch in der Natur bei der Photosynthese, wo das eingefangene Photon zum reaktiven Zentrum des Photokomplex geleitet wird. Besonders in der Biochemie und Mikrobiologie wird der Effekt bei der Mikroskopie eingesetzt, um Abläufe in Zellen zu beobachten oder auch, um auch eine Lokalisierung in den Organellen zu ermöglichen.

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