JPK Instruments, ein weltweit führender Hersteller von Nanoanalytik-Instrumenten für den „Life Sciences“- und „Soft Matter“-Bereich, berichtet über den Einsatz von Rasterkraftmikroskopie (engl. AFM – Atomic Force Microscopy) und dem CellHesion® Modul für die Untersuchung von pflanzlichen Zellwänden an der „School of Chemical Engineering“ der Universität Queensland.

Das „Australian Research Council Centre of Excellence in Plant Cell Walls“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der Universitäten von Adelaide, Melbourne und Queensland, sowie des australischen Bundesstaates South-Australia und sieben weiterer internationaler Institutionen. Ziel des Projektes ist es, grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse über die Biologie pflanzlicher Zellwände zu fördern. Die Zusammensetzung der Zellwand bestimmt die Qualität der meisten pflanzenbasierten Produkte, die in unserer heutigen modernen Gesellschaft verwendet werden. Der Fokus liegt dabei auf den ernährungsphysiologischen und verarbeitungstechnischen Eigenschaften pflanzenbasierter Lebensmittel, die sehr stark durch die Struktur und Zusammensetzung der Zellwand beeinflusst werden. Als größte Quelle nachwachsender Kohlenstoffe wird pflanzlichen Zellwänden zukünftig eine bedeutende Rolle in der Kraftstoffversorgung, Nahrungsmittelsicherheit und bei sog. „Functional food“ (einschließlich Ballaststoffen) zukommen, als Rohmaterial für Industrieprozesse und um den Zustand der menschlichen Gesundheit zu verbessern.

Dr. Gleb Yakubov vom „Rheology & Biolubrication Laboratory“ der „School of Chemical Engineering“ an der Universität Queensland beschreibt seine Arbeit folgendermaßen: „Wir haben erst vor relativ kurzer Zeit damit begonnen, den Einfluss von mechanischer Belastung auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzenzellen zu untersuchen. Diese mechanischen ‚Signale‘ stellen einen aktiven Rückkopplungsmechanismus für die biochemische Zellmaschinerie bereit, durch den die Zelle in der Lage ist festzustellen, was sowohl in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft als auch in der Außenwelt vor sich geht. Insbesondere interessiert uns, wie sich die mechanischen Eigenschaften verändern, wenn die Zellen wachsen und sich entwickeln. Wir möchten außerdem verstehen, welche Rolle mikro- und nanoskalige Heterogenitäten in der mechanischen Reaktion der Zellwände spielen. Desweiteren möchten wir herausfinden, wie nicht zellulosehaltige Bestandteile wie z.B. sog. Hemicellulosen und Pektine den Aufbau der Zellwand beeinflussen. Abgesehen von grundlegenden Erkennissen, die wir gewinnen können, sind diese Bestandteile auch entscheidend für die menschliche Ernährung, denn sie machen den Großteil der Ballaststoffe innerhalb unserer Nahrung aus.“ Dr Yabukov erläutert, warum er sich für ein JPK Rasterkraftmikroskop zusammen mit dem CellHesion® Modul entschieden hat: „Das CellHesion® Modul ist sehr nützlich, wenn man mit einem Nano-Tool wie einem Rasterkraftmikroskop Objekte im Mikrometer-Bereich untersuchen möchte. Pflanzenzellen sind vergleichsweise groß, etwa 100μm in unserem Fall, sie können aber auch noch größer sein. Für solche Experimente ist ein XYZ-Piezo-Positionierungssystem mit einem großen Verfahrweg von entscheidender Bedeutung. Wir verwenden außerdem ein PIFOC-Tool um synchronisierte AFM und CLSM Messungen durchzuführen. Wir schöpfen die Vorteile, die sich bieten, wenn man AFM-Messungen und andere Abbildungsmethoden wie CLSM, SEM und TEM kombiniert, voll aus, um komplexe Eigenschaften der Zellwände zu bestimmen. Das JPK NanoWizard® AFM leistet dabei einen wichtigen Beitrag, indem es uns ermöglicht, physikalische Eigenschaften wie z.B. mechanische Kräfte zu messen: Adhäsions- , Reibungs- und Oberflächenkräfte.“

JPK Instruments entwickelt, konstruiert und fertigt Instrumente in Deutschland zu weltweit anerkannten Standards der deutschen Feinmechanik, Qualität und Funktionalität. Für weitere Einzelheiten über das NanoWizard® AFM und das CellHesion® Modul besuchen Sie uns auf der JPK Webseite www.jpk.com, YouTube, Facebook oder LinkedIn.

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