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Neue Erkenntnisse zu Embryonalentwicklung

Eine von der EU finanzierte Forschungsarbeit am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) hat Wissenschaftlern neue Einsichten in die Embryonalentwicklung geliefert. Dank eines neu entwickelten Mikroskops waren sie in der Lage, die ersten 24 Stunden im Leben eines...

Eine von der EU finanzierte Forschungsarbeit am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) hat Wissenschaftlern neue Einsichten in die Embryonalentwicklung geliefert. Dank eines neu entwickelten Mikroskops waren sie in der Lage, die ersten 24 Stunden im Leben eines Zebrafisches zu beobachten, also die Entwicklung einer Zelle zu 20.000 Zellen. Auf der Grundlage der in dieser Beobachtung gesammelten Daten erstellten Philipp Keller und seine Kollegen am EMBL eine dreidimensionale digitale Darstellung eines Zebrafischembryos. Ihre Erkenntnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift Science veröffentlicht. "Das digitale Embryo ist wie Google EarthTM für die Embryonalentwicklung. Es bietet einen Überblick über alles, was in den ersten 24 Stunden passiert und ermöglicht einem, in alle zellulären und sogar subzellulären Details zu zoomen", sagte der ehemalige EMBL-Forscher Dr. Joachim Wittbrodt. Mithilfe einer digitalen Laserfluoreszenzmikroskopie (digital scanned laser light sheet fluorescence microscopy) konnten die Forscher Lokalisierung und Bewegung von Zellkernen während dieser ersten wichtigen Stunden der embryonalen Entwicklung in ungewöhnlicher Deutlichkeit beobachten. Das Mikroskop scannt den lebenden Organismus aus verschiedenen Richtungen mithilfe einer Lichtscheibe. Computer können die Daten übersetzen, um ein dreidimensionales Bild zu erstellen. Genauer gesagt lieferte der Mikroskopscan In-vivo-Bilder des Zebrafischembryos mit 1,5 Milliarden Voxel (das dreidimensionale Gegenstück zu Pixel) pro Minute. "Stellen Sie sich vor, Sie würden alle Einwohner einer Stadt während eines Tages mithilfe eines Teleskops im Weltraum beobachten. Das gibt einem eine ungefähre Vorstellung davon, wie es ist, Zehntausende Zellen eines Wirbeltierembryos zu beobachten - allerdings bewegen sich die Zellen in drei Dimensionen", erklärt Philipp Keller. Zusammen mit Anette Schmidt führte er die Forschungsarbeit in den Laboren von Dr. Wittbrodt am EMBL durch. Die Beobachtungen der Wissenschaftler bei einem so komplexen Organismus wie dem eines Wirbeltiers sind einzigartig. Sie zeigen, dass die grundlegenden Bewegungen von Zellen, die später das Herz und andere Organe bilden, anders sind als bisher angenommen. Außerdem fanden sie heraus, dass es Signale auf der mütterlichen Seite des Genoms sind, die die anfängliche morphodynamische symmetrische Aufteilung in der frühen Entwicklung auslösen. Dieser Prozess bestimmt die Kopf-Schwanz-Achse des Fisches. Die Beobachtung der Zellentwicklung und die Aufzeichnung all ihrer Bahnen "sind sehr wichtig, wenn sie tatsächlich die Genfunktion auf das morphogenetische Ergebnis beziehen wollen", erklärte Dr. Wittbrodt. "Aus diesem Grund glaube ich, dass es sehr wichtig ist, dass wir jetzt in der Lage sind, einerseits alle diese Bewegungen der Zellen kartieren zu können und sie tatsächlich - und das ist die langfristige Perspektive - dem Genom und allen Informationen zum Genom, die wir haben, zuzuordnen." Der Zebrafisch ist ein Süßwasserfisch, der in den ersten Phasen seiner Entwicklung einen fast durchsichtigen Körper hat. Diese besondere Eigenschaft ermöglicht eine einmalige Sicht auf die innere Anatomie des Tieres und macht den Zebrafisch zu einem viel geschätzten Modellorganismus für das Studium der Embryonalentwicklung, für die Toxikologie und Toxikopathologie, für spezifische Genfunktionen und die Rolle von Signalwegen. Die Wissenschaftler erweitern nun den Einsatz ihrer neuen Technik, um digitale Versionen anderer Modellorganismen wie Weichtiere, Hühnerembryos und andere zu entwickeln. Ihre Ergebnisse werden sowohl der allgemeinen Öffentlichkeit als auch der Wissenschaftlergemeinschaft zur Verfügung gestellt, um Lehre und Forschung zu unterstützten. Ein Teil der Finanzierung für die Studie kam aus dem Projekt PLURIGENES ("Pluripotency associated genes to de-differentiate neural cells into pluripotent cells"), das unter dem Thema Biowissenschaften des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) der Europäischen Kommission gefördert wird.

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