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Neues Mikroskop liefert fantastische Bilder von Entwicklungsvorgängen bei Tieren

Um die komplexen Phasen der embryonalen Entwicklung verstehen zu können, ist es nicht möglich, sich einfach nur daneben zu setzen und zuzuschauen. Doch auch bei Einsatz eines Mikroskops ist es schwierig, derart kleine, vielschichtige und hochempfindliche Details zu beobachten....

Um die komplexen Phasen der embryonalen Entwicklung verstehen zu können, ist es nicht möglich, sich einfach nur daneben zu setzen und zuzuschauen. Doch auch bei Einsatz eines Mikroskops ist es schwierig, derart kleine, vielschichtige und hochempfindliche Details zu beobachten. Mit Hilfe neuester Technik ist es nun möglich, die Entwicklung einer Fruchtfliege auf Video aufzuzeichnen oder die Bildung der Augen und des Mittelhirns eines Zebrabärblings in scharfen Bildern festzuhalten. Eine deutsch-amerikanische Forschungsgruppe hat das Verfahren perfektioniert und die Ergebnisse ihrer Arbeit in der Fachzeitschrift Nature Methods vorgestellt. Die Verwandlung einer Zelle in ein vollständiges Tier ist ein sehr komplexer und dennoch rascher Vorgang. Die Ursprungszelle teilt sich in kürzester Zeit in Zehntausende neuer Zellen, die sich dann innerhalb des Embryos bewegen und sich zu verschiedenen Organen entwickeln. Dank der automatisierten Bildverarbeitung und Datenanalyse können Wissenschaftler heutzutage beispielsweise das Verhalten von Zellen in den ersten Tagen der Entwicklung eines Zebrabärblings verfolgen. Der Erfolg dieser Methoden hängt jedoch von der Leistung des verwendeten Mikroskops ab. "Intransparente (d.h. lichtundurchlässige) Proben wie die eines Fruchtfliegenembryos streuen Licht, sodass das Mikroskop eine Mischung aus scharfen und unscharfen Signalen aufnimmt - sozusagen gute und schlechte Informationen", erklärt Mitautor Ernst Stelzer, Wissenschaftler am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL), der an der Studie mitgewirkt hat. "Dank unserem neuen Verfahren können wir zwischen diesen guten und schlechten Informationen unterscheiden." Schon vor einigen Jahren hatten die Wissenschaftler, die hinter diesem neuen Verfahren stehen, ein neuartiges Mikroskop entwickelt, bei dem Fluoreszenz und dünne Laserstrahlen zum Einsatz kamen. Dann trieben sie die Methode weiter voran und verbesserten die Qualität und den Kontrast der Bilder, indem sie die Einzelproben mit einem Lichtstreifenmuster statt mit einem homogenen Lichtschnitt beleuchteten. Auf diese Weise erhielten die Forscher für die unterschiedlichen Lichtmusterabschnitte gleich mehrere Bilder. Ein Computer führte diese Bilder zusammen und konnte so die Negativeffekte des gestreuten Lichts entfernen, um anschließend ein besonders scharfes Bild der Probe zu erzeugen. Diese Herangehensweise kombinierten die Wissenschaftler mit einem Bildgebungsverfahren, bei dem verschiedene Winkeleinstellungen genutzt werden, woraufhin sie zu zwei beachtlichen Ergebnissen gelangten: Erstens nahmen sie etwa eine Million Bilder auf, um die ersten drei Tage der Entwicklung des Zebrabärblings aus drei verschiedenen Winkeln zu dokumentieren. Dabei sind Filme entstanden, in denen die Zellbewegungen und die Bildung der Augen und des Mittelhirns des Tiers deutlich sichtbar sind. Zweitens gelang es ihnen trotz der Tatsache, dass das Fruchtfliegenembryo lichtundurchlässig ist, eindrucksvolle dreidimensionale (3D-)Zeitraffervideos anzufertigen, in denen die Zelldynamik im Zuge der Entwicklung deutlich wird - und zwar ohne der Einzelprobe durch übermäßige Belichtung zu schaden. Es ist nicht nur interessant, diese Bilder anzuschauen, sie sind auch für andere Wissenschaftler von Nutzen. Sie können im Anschluss an Zellbewegungen und Zellteilungen für die Computeranalyse eingesetzt werden, aber auch zur Erzeugung eines Rahmens für die Genkartierung und den Vergleich der Genexpression in einem Organismus. Dr. Stelzer betont, dass die neue Methode "die Möglichkeit bietet, Aufzeichnungen von denjenigen Organismen anzufertigen, die aufgrund ihrer unvorteilhaften optischen Eigenschaften bisher nur wenig untersucht wurden." Wichtige Beiträge zu dieser Studie, deren Leitung in den Händen von Forschern des Heidelberger Standorts des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) in Deutschland lag, leisteten Forscher der Universität Heidelberg, des Karlsruher Instituts für Technologie und der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt sowie des Howard Hughes Medical Institute und des Sloan-Kettering Institute mit Sitz in den USA.

Länder

Deutschland, Vereinigte Staaten

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