German Title: MINFLUX-Verfolgung Einzelfarbstoff-markierter Proteine mit räumlich-zeitlicher Präzision im Nanometer/Millisekunden Bereich

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Abstract

Wachsende Präzision und zeitliche Auflösung bei der Beobachtung von Dynamiken sind von entscheidender Bedeutung für die Erforschung zelluläre Prozesse und Funktionen. Im Feld der höchstauflösenden Mikroskopie rücken dabei die Auswirkungen von Markern auf die Probe stärker in den Fokus, wobei deren individuelle Einflüsse häufig unvorhersehbar sind. Fluoreszierende Moleküle stellen die bis heute minimalinvasivsten Marker dar, wurden jedoch wegen der limitierten Fluoreszenzphotonenrate für Hochgeschwindigkeitsmessungen durch die Verwendung großer Beads, die bis heute die höchste räumliche und zeitliche Präzision bieten, weitestgehend ersetzt. MINFLUX lokalisiert, selbst bei geringer Anzahl von Fluoreszenzphotonen, einzelne Moleküle mit Nanometer Präzision und bietet damit großes Potenzial für deren Verfolgung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden, mit Hilfe eines neuen interferometrischen MINFLUX-Mikroskops, die Trajektorien einzelner, fluoreszenzmarkierter Motorproteine mit \SI{3}{\nano\m} Präzision, Kilohertz Aufnahmerate und nur 20\,Fluoreszenzphotonen pro Messpunkt aufgezeichnet und damit die Messgeschwindigkeit kamerabasierter Einzel-Farbstoff-Studien um zwei Größenordnungen übertroffen. Eine umfangreiche Untersuchung der Schritte und Subschritte des mit einem einzelnen Farbstoff markierten Motorproteins Kinesin-1, löste Details in dessen Laufverhalten auf, die bisher ausschließlich durch Bead-Studien zugänglich waren und identifizierte so den umstrittenen ATP-Bindungszustand. Auf Grundlage dieser Ergebnisse erweist sich MINFLUX als eine wegweisende neue Technik für die hochaufgelöste Untersuchung von Proteinbewegungen bei minimaler Beeinträchtigung des biologischen Systems.