Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der lichtgesteuerte Fadenwurm - Einblicke in das Nervensystem von Caenorhabditis elegans

05.04.2007
Der kleine, nur einen Millimeter kurze Fadenwurm Caenorhabditis elegans ist ein Modellsystem für die Erforschung von Nervengeflechten. Bis ins kleinste Detail seiner Anatomie ist das durchsichtige Tierchen mit Hilfe des Elektronenmikroskops studiert und die Verschaltungen der exakt 302 Nervenzellen kartiert worden. Doch welche Funktion haben die einzelnen Nervenzellen?

Trotz seines schlichten Aufbaus registriert der Wurm Geschmack, Gerüche und die chemische Zusammensetzung seiner Umgebung, er reagiert auf mechanische Reize und Temperaturschwankungen. Dafür sind ganze Funktionseinheiten von Nervenzellen verantwortlich, die sich untereinander zu kleineren "Subschaltkreisen" und größeren Organisationseinheiten zusammenschließen. Juniorprofessor Dr. Alexander Gottschalk vom Institut für Biochemie an der Universität Frankfurt ist es nun gelungen, buchstäblich Licht in das Dunkel zu bringen, indem er das Nervensystem des Wurms durch genetische Veränderungen für Lichtreize empfindlich machte. Die "Optogenetik" ist von großem neurowissenschaftlichem Interesse - nicht zuletzt zur Heilung bestimmter Erkrankungen der Retina, die bisher unweigerlich zur Erblindung führen.


Der Fadenwurm Caenorhabditis elegans
www.ucl.ac.uk

Der Fadenwurm ist zu klein, um einzelne Nervenzellen von außen mit Hilfe elektrischer Reizung über eine Elektrode anzuregen. Gottschalk machte deshalb eine genetische Anleihe bei der Grünalge, deren lichtempfindliches Ionenkanal-Protein (Channelrhodopsin, ChR2) von seinen Kollegen am Frankfurter Max Planck Institut für Biophysik (Georg Nagel, Ernst Bamberg) schon seit längerem erforscht wird. Es funktioniert ähnlich wie die Lichtsensor-Proteine im Auge, die durch einfallendes Licht zur Reizleitung in den dazugehörigen Nervenzellen angeregt werden. Der Fadenwurm C. elegans besitzt von Natur aus keine lichtempfindlichen Zellen. Da das Tier aber durchsichtig ist, bot es sich an, es mit dem Gen der Blaualge auszustatten und dann zu beobachten, wie bestimmte Nerven- oder Muskelzellen auf Lichtreizung reagieren.

Wird das Gen für ChR2 in Nervenzellen eingebaut, die normalerweise auf mechanische Reize reagieren - beispielsweise eine Fluchtreaktion bei Berührung auslösen - so konnten Gottschalk und seine Mitarbeiter zeigen, dass dieses Verhalten auch durch die Beleuchtung mit blauem Licht hervorgerufen wird: Der Wurm zieht sich zurück. In Muskelzellen führt die Aktivierung von ChR2 zu sofortigen Kontraktionen. Das umgekehrte Verhalten, nämlich die Entspannung der Muskelzellen, konnten die Forscher durch den Einbau eines anderen photo-sensitiven Proteins erreichen, einer lichtgetriebenen Chlorid-Pumpe (Halorhodopsin), das auf gelbes Licht reagiert. Ebenso funktioniert dies auch in Nervenzellen. Dies berichten Gottschalk (sowie Nagel und Bamberg) und ihre amerikanischen Kollegen von der Stanford University im kalifornischen Palo Alto in der neusten online-Ausgabe der Zeitschrift "Nature" (5. April).

Dies eröffnet die Möglichkeit, eine Nervenzelle, die beide Proteine gleichzeitig enthält, durch abwechselnde Beleuchtung mit blauem und gelbem Licht nach Belieben anzuregen oder zu hemmen. Auf diese Weise können die Forscher nun Teile von Nervenschaltkreisen des Fadenwurms bis hinab zu einzelnen Zellen präzise steuern und ihr Zusammenspiel erforschen.

Informationen: JP Alexander Gottschalk, Institut für Biochemie,
Max-von-Laue-Str. 9, 60438 Frankfurt. Tel.: (069) 798-29261,
Fax: (069) 798-29495, a.gottschalk@em.uni-frankfurt.de

Stephan M. Hübner | idw
Weitere Informationen:
http://www.nature.com/nature/journal/v446/n7136/full/nature05744.html
http://www.biochem.uni-frankfurt.de/gottschalk/index.html

Weitere Berichte zu: Caenorhabditis ChR2 Fadenwurm Muskelzellen Nervensystem Nervenzelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

nachricht Nesseltiere steuern Bakterien fern
21.09.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

23. Baltic Sea Forum am 11. und 12. Oktober nimmt Wirtschaftspartner Finnland in den Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Veränderungen in der Geschäftsführung von Phoenix Contact

22.09.2017 | Unternehmensmeldung

Tanzende Elektronen verlieren das Rennen

22.09.2017 | Physik Astronomie