Systemische Aufrüstung eines Kryo-Elektronenmikroskops

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524736423

In diesem Antrag beantragen wir Mittel zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit des einzigen kryoelektronentomographietauglichen (300 kV) Elektronenmikroskops der Goethe-Universität Frankfurt und der hessischen Universitäten durch ein Upgrade des Direktelektronendetektors und der Compustage/Autoloader-Elektronik des Systems. An der GU und der Universität Gießen nutzen viele Gruppen die Kryo-Elektronentomographie (cryoET) sowie die Einzelteilchen-Kryo-Elektronenmikroskopie (cryoEM) für die High-End-Struktur- und Zellbiologie. Die Anforderungen an die Auflösung und den Durchsatz des Systems steigen, da sich die Anwendbarkeit von KryoEM/ET sowohl in der Strukturbiologie als auch in der strukturellen (in-situ) Zellbiologie verbessert hat. Das Krios wurde 2011 in Betrieb genommen und in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Biophysik bis 2021 betrieben, als der 10-jährige Kooperationsvertrag auslief. Derzeit wird es innerhalb eines Infrastrukturzentrums der GU (FCEM) betrieben. Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten lag in den letzten zehn Jahren auf Membrandynamik und membrangebundenen Komplexen. Zu den bisherigen erfolgreichen Projekten gehören die Struktur von Multidomänen-Signalmolekülen, die Struktur und Dynamik der RNA-Polymerase I, tiefe Einblicke in die Funktion von Mitochondrien, Struktur und Dynamik von zellulären Grenzflächen, Mechanismen der Antibiotikaresistenz und andere. Inzwischen ist die Elektronik des Mikroskops, insbesondere die Kompustage und der Autoloader, veraltet und wird nicht mehr hergestellt. Service und Ersatzteile von TFS sind daher nicht gewährleistet. Um den weiteren Betrieb des Krios zu ermöglichen, ist daher ein kompletter Austausch bzw. eine Aufrüstung der Elektronik notwendig. Der Austausch der Elektronik muss mit einem Upgrade des Betriebssystems einhergehen, da die neueren elektronischen Teile ein anderes Betriebssystem erfordern. Darüber hinaus weist die Mechanik des Komposts einen massiven Verschleiß auf, was zu extrem langen Datenerfassungszeiten für cryoEM führt und vor allem jedes Schnellkippschema für cryoET, das derzeit Standard ist, unmöglich macht. Zusätzlich zur Aufrüstung der Elektronik beantragen wir auch eine Aufrüstung des Direktelektronendetektors des Systems. Dem derzeitigen Direktelektronendetektor (Gatan, K2) mangelt es sowohl an Leistung als auch an Durchsatz im Vergleich zu den derzeit auf dem Markt erhältlichen Modellen. Von entscheidender Bedeutung ist, dass der Service für den Direktelektronendetektor im Jahr 2023 ausläuft und danach ein Austausch von Teilen oder sogar des Detektorchips vom Hersteller nicht mehr unterstützt wird. Insgesamt stellt die hier vorgeschlagene systemische Aufrüstung unseres Krios das beste Preis-Leistungs-Verhältnis dar, um laufende und künftige Projekte im nächsten Jahrzehnt wettbewerbsfähig durchführen zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Systemische Aufrüstung eines Kryo-Elektronenmikroskops
• Gerätegruppe: 5100 Elektronenmikroskope (Transmission)
• Antragstellende Institution: Goethe-Universität Frankfurt am Main
• Leiter: Professor Dr. Achilleas Frangakis