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Seit 18:40 Uhr Hintergrund
StartseiteForschung aktuellLebendiger Laser14.06.2011

Lebendiger Laser

US-Forscher präsentieren Lichtquelle, die mit Zellen funktioniert

Physik.- Laser, so lehrt uns die Erfahrung, bestehen aus nicht-belebtem Material - zum Beispiel aus Halbleiterchips. Dass man auch ein Lebewesen dazu bewegen kann, Laserlicht auszusenden, galt bislang allenfalls als kuriose Idee. Doch ein Forscherteam aus Harvard belehrt uns nun eines Besseren.

Von Frank Grotelüschen

Ein herkömmlicher Laser. Im Kleinstmaßstab können auch lebendige Zellen Laserstrahlen erzeugen.  (AP)
Ein herkömmlicher Laser. Im Kleinstmaßstab können auch lebendige Zellen Laserstrahlen erzeugen. (AP)

Träge treibt Aequorea victoria im Pazifischen Ozean. An sich ist die Qualle farblos und durchscheinend. Doch manchmal leuchtet sie kurz auf, in einem hellen Grün. Dahinter steckt ein Eiweißmolekül: GFP, das grün fluoreszierende Protein.

"GFP hat eine besondere Eigenschaft: Regt man es mit blauem Licht an, leuchtet es in einem intensiven Grün. Heute sind die Biologen mithilfe der Gentechnik in der Lage, auch andere Organismen dazu zu bringen, dieses Protein herzustellen – Würmer, Fliegen, Mäuse und auch größere Tiere",

sagt Andy Yun, Physiker an der Harvard Universität in den USA. Heute dient GFP als gängiger Marker, etwa um jene Teile einer Zelle unter dem Mikroskop hervorzuheben, die ansonsten unsichtbar blieben. Das brachte Yun und seinen deutschen Kollegen Malte Gather auf eine Idee: Könnte man nicht mithilfe von GFP ein Lebewesen dazu bringen, Laserlicht zu erzeugen? Um diese Frage zu beantworten, stellten die Forscher Zellen her, die ganz besonders viel Leuchtprotein produzieren. Danach bastelten sie sich einen sogenannten Resonator – eine Art Spiegelkabinett, allerdings mikroskopisch klein.

"Zwei Spiegel, die parallel aufeinander liegen, mit einem Abstand von ungefähr 20 Mikrometern also 0,02 Millimetern. Das ist genau genug Abstand, um dort eine einzelne Zelle dazwischen zu bringen."

Dann beleuchteten Gather und Yun ihre GFP-gedopte Zelle mit blauem Licht. Das motivierte die Zelle dazu, grün zu leuchten, ganz so wie die Victoria-Qualle. Das Entscheidende: Das grüne Licht lief immer zwischen den beiden Spiegeln hin und her. Und jedes Mal, wenn es durch die Zelle kam, wurde es ein wenig verstärkt. Das Resultat: reinrassiges Laserlicht.

"Man kann das mit bloßem Auge sehen, wenn man genau hinguckt."

Kein kontinuierlicher Laserstrahl, sondern kurze, schwache Laserblitze. Dennoch stellte sich den Forschern eine Frage: Wird das gebündelte, konzentrierte Licht die Zelle womöglich töten oder schädigen?

"Das ist das Spannende: scheinbar nicht! Es sieht so aus, als würde die Zelle dadurch nicht besonders beeinflusst. Diese Zelle erzeugt das GFP kontinuierlich. Sodass wir hoffen, dass selbst wenn der Laser verschleißt, die Zelle kontinuierlich neues Material erzeugen kann und wir dadurch einen sich selbst heilenden Laser haben."

Nun denken die beiden über Anwendungen nach. So scheint das Laserlicht Informationen zu enthalten, wie es im Inneren der Zelle aussieht.

"Und wir stellen uns derzeit vor, dass wir den Laser auf diese Weise benutzen können, um etwas über die Zelle zu lernen. Also gewissermaßen als Sensor einsetzen können."

Auch in der Medizin könnte der lebende Laser eines fernen Tages nützlich sein, meint Andy Yun.

"Zum Beispiel könnte man mit unserem Biolaser Krebszellen abtöten. Heutzutage muss man dafür den Tumor von außen bestrahlen. Das Problem dabei ist, dass das Laserlicht nicht sehr tief in den Körper eindringt. Mit dem Biolaser könnte es künftig möglich sein, das Licht statt von außen von innen anzuwenden, also innerhalb des Körpers."

Was das Anwendungsspektrum der Lasertherapie deutlich erweitern würde. Dazu aber müssen die Forscher den Aufbau ihres lebenden Lasers noch vereinfachen, etwa indem sie den Resonator, das Spiegelsystem, nicht um die Zelle herum bauen, sondern in die Zelle hinein.

"Das ist für uns im Moment der Heilige Gral: Da findet viel Forschung statt, Resonatoren zu bauen, die kleiner wären als eine Zelle. Und die könnte man tatsächlich in die Zelle implantieren. Das ist aber noch ein bisschen in der Zukunft, bis das funktionieren kann."

Arbeiten, die Malte Gather demnächst als Juniorprofessor an der TU Dresden fortführen will – wofür er noch Nachwuchsforscher sucht, die ihm dabei helfen.

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