Das Zentrum ist ein zentraler Kooperationspartner für alle Einrichtungen des Universitätsklinikums mit elektronenmikroskopischen Fragestellungen, z.B. in der medizinischen Zellbiologie, Tumorforschung, Sepsisforschung, Morphologie, Zahnheilkunde und Nanotechnologie.

Die Elektronenmikroskopie bietet die einzigartige Möglichkeit, morphologische Befunde bei 100.000-facher Vergrößerung zu erzielen und hoch aufgelöste zelluläre Strukturen in Nanometergröße darzustellen.

Die am EMZ bearbeiteten Projekte haben dabei unmittelbare klinische oder molekularmedizinische Bezüge, z. B. in der Tumor- oder Sepsisforschung. Besonders lebensechte Zustände von Zellen und Zellmembranen lassen sich ganz ohne Fixierungs- oder Einbettungsschritte mit Hilfe der Gefrierbruch-Elektronenmikroskopie untersuchen. Dazu werden Proben unmittelbar aus dem lebenden Zustand heraus innerhalb weniger Millisekunden schockgefroren und aufgebrochen. Mittels einer speziellen Immunmarkierungstechnik ist es sogar möglich, in diesen Proben einzelne Proteine zu lokalisieren.

Kontakt

PD Dr. Martin Westermann
Ziegelmühlenweg 1, 07743 Jena

Elektronenmikroskopisches Zentrum

Methoden und Ausstattung

Die vom EMZ angewandten Methoden lassen sich in drei Bereiche gliedern:

Ultra-Histologie: Aufklärung der Morphologie zellulärer Strukturen, dabei wird die Transmissions-Elektronenmikroskopie, verbunden mit der Ultra-Dünnschnitttechnik, eingesetzt.
Kryo-Elektronenmikroskopie: lebensechte Darstellung von Zellkomponenten (insb. Membranen) oder biologischen Nano-Strukturen (z. B. Nanopartikel, Liposomen) nach dem schnellen Einfrieren.
Oberflächen-Elektronenmikroskopie (Raster-EM): Untersuchung der Oberflächen von Zellen oder Geweben sowie von Implantaten oder Gewebsersatzmaterialien bei Vergrößerungen bis 100.000x.

Für alle diese Methoden gibt es keine Alternativen, die ähnliche Auflösungen und Details liefern. Daher kooperierte das EMZ in 2019 und 2020 mit 23 Einrichtungen des Universitätsklinikums und unterstützte als Kooperationspartner über 35 Forschungsprojekte mit elektronenmikroskopischen Untersuchungen. Aus diesen Kooperationen entstanden 39 Publikationen mit wissenschaftlicher Beteiligung des EMZ.

Forschungsprojekte

Elektronenmikroskopischer Nachweis von Zellschäden und SARS-CoV-2 Viren im Gewebe von COVID-19-Verstorbenen

Projektpartner: Prof. Dr. Gita Mall, Institut für Rechtsmedizin
EMZ: Dr. Sandor Nietzsche

Carl-Zeiß-Stiftung 2020

Neue Krankheiten wie COVID-19 können durch zeitnahe Obduktionen und wissenschaftliche Aufarbeitung der gewonnenen Proben besser verstanden werden. Nachweislich mit SARS-CoV-2 infizierte Verstorbene werden, eine Einverständniserklärung vorausgesetzt, vom Institut für Rechtsmedizin obduziert. Das EMZ ist an der umfangreichen Probenasservation verschiedenster Organe und Gewebe zur späteren, genauen Analyse im Elektronenmikroskop beteiligt.

Weitere Informationen

Elektronenmikroskopische Untersuchungen zur Pathogenese von REEP1- und REEP2-assoziierten Axonopathien

Projektpartner: Prof. Christian Hübner, Institut für Humangenetik
EMZ: Dr. Sandor Nietzsche

Hereditäre spastische Paraplegien (HSP) umfassen eine wachsende und heterogene Gruppe von Krankheiten, die hauptsächlich die Kortikalis betreffen Motoneuronen, die somit zu einer fortschreitenden spastischen Gangstörung führen. Das Gen SPG31 ist mit autosomal dominant vererbter HSP assoziiert und kodiert das ER-residente Protein REEP1. Hier untersuchen wir die Rolle von REEP1 für Membranformung, ER-Struktur und die Konsequenzen eines Verlusts von REEP1 für die Funktionalität des ERs.

Weitere Informationen

Elektronenmikroskopische Untersuchung der Replikation von SARS-CoV-2 im Modell zur Erforschung des Organtropismus der Infektion

Projektpartner: apl. Prof. Andreas Henke, Institut für Medizinische Mikrobiologie
EMZ: Dr. Sandor Nietzsche

Im Projekt soll der Wirtstropismus des Auslösers der COVID-19 Pandemie aufgeklärt werden. Dabei erfolgt der elektronenmikroskopische Nachweis von Viruspartikeln während ihrer Bildung und ihrer Freisetzung nach der Infektion im Lungen-Organmodell.

Weitere Informationen

Elektronenmikroskopische Untersuchungen des Skelettmuskels und seiner Dysfunktion bei Herzinsuffizienz

Projektpartner: Prof. Christian Schulze, Klinik für Innere Medizin I
EMZ: Dr. Sandor Nietzsche

Elektronenmikroskopische Charakterisierung von N-Ank Proteinen in der Formgebung von Membranen

Projektpartner: Prof. Britta Qualmann, Institut für Biochemie I
EMZ: PD Dr. Martin Westermann, Dipl. Ing. Frank Steiniger

Ziel des Projekts ist die Charakterisierung der Mechanismen der membranformenden Eigenschaften von Mitgliedern der N-Ank-Proteinfamilie sowie die Aufklärung der zellulären Funktionen dieser Proteine. Veränderungen der N-Ank-Proteine werden mit verschiedenen menschlichen Krankheiten in Verbindung gebracht. Das EMZ unterstützt dieses Projekt mit der Gefrierbruch-Technik und mit Cryo-EM Untersuchungen.

Weitere Informationen

Pressemitteilung

Weitere Projekte

Rolle der PI3-Kinase beim Sepsis-induzierten Leberversagen
(Kooperation mit Klinik für Anästhesiologie und Intensivtherapie)
Pathogen-Wirt-Interaktion während der Infektion mit Candida albicans und die Entwicklung zur Sepsis
(Kooperation mit Klinik für Anästhesiologie und Intensivtherapie)
Mechanismen der Vesikelbildung in Membrantransportprozessen
(Kooperation mit Institut für Biochemie I)
Rolle von Cytoskelettkomponenten in der strukturellen und funktionellen Organisation von Neuronen
(Kooperation mit Institut für Biochemie I)
Mikrobielle Besiedlung und Dissektion der Mikroben-Wirt-Interaktion im dynamischen Darm-on-chip-Modell
(Kooperation mit Institut für Biochemie II)
Ultrastrukturelle Lokalisation des Proteins GPRC5C im olfaktorischen Epithel der Maus
(Kooperation mit Institut für Pharmakologie und Toxikologie)

Ausgewählte Publikationen

Maurer M, Gresnigt M.S, Last A, Wollny T, Berlinghof F, Pospich R, Cseresnyes Z, Medyukhina A, Graf K, Gröger M, Raasch M, Siwczak F, Nietzsche S, Jacobsen ID, Figge MT, Hube B, Huber O, Mosig AS. A three-dimensional immunocompetent intestine-on-chip model as in vitro platform for functional and microbial interaction studies. Biomaterials, 2019, 220, 119396.
Yin C, Ackermann S, Ma Z, Mohanta SK, Zhang C, Li Y, Nietzsche S, Westermann M, Peng L, Hu D, Bontha SV, Srikakulapu P, Beer M, Megens RTA, Steffens S, Hildner M, Halder LD, Eckstein H-H, Pelisek J, Herms J, Roeber S, Arzberger T, Borodovsky A, Habenicht L, Binder CJ, Weber C, Zipfel PF, Skerka C, Habenicht AJR. ApoE attenuates unresolvable inflammation by complex formation with activated C1q. Nature Medicine, 2019, 25, 496–506.
Wolf D, Hofbrucker-MacKenzie S A, Izadi M, Seemann E, Steiniger F, Schwintzer L, Koch D, Kessels M M, Qualmann B. Ankyrin repeat-containing N-Ank proteins shape cellular membranes. Nat Cell Biol. 2019, 21, 1191-1205.
→Pressemitteilung
Deinhardt-Emmer S, Rennert K, Schicke E, Cseresnyes Z, Windolph M, Nietzsche S, Heller R, Siwczak F, Haupt KF, Carlstedt S, Schacke M, Figge MT, Ehrhardt C, Loeffler B, Mosig AS. Co-infection with Staphylococcus aureus after primary influenza virus infection leads to damage of the endothelium in a human alveolus-on-a-chip model. Biofabrication, 2020, 12 025012.
→ Pressemitteilung
Bekfani T, Bekhite Elsaied M, Derlien S, Nisser J, Westermann M, Nietzsche S, Hamadanchi A, Fröb E, Westphal J, Haase D, Kretzschmar T, Schlattmann P, Smolenski UC, Lichtenauer M, Wernly B, Jirak P, Lehmann G, Möbius-Winkler S, Schulze PC. Skeletal Muscle Function, Structure, and Metabolism in Patients With Heart Failure With Reduced Ejection Fraction and Heart Failure With Preserved Ejection Fraction. Circulation: Heart Failure, 2020, 13:e007198

Herausragende Leistungen

Die Arbeit Deinhardt-Emmer et. al. wurde im Februar 2020 als „Paper of the Month“ von der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM) ausgezeichnet. → Pressemitteilung