Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Leuchten für die Forschung

18.02.2014
Im Jahr 2008 wurde der Nobelpreis für die Entdeckung und Entwicklung des Grün Fluoreszierenden Proteins (GFP) vergeben.

Nun stellt Oliver Griesbeck, früherer Mitarbeiter eines der Nobelpreisträger und heutiger Leiter einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried bei München mit einem internationalen Kollegenteam eine neue Klasse fluoreszierender Indikator-Moleküle vor.


Die neuen "Twitch"-Sensoren werden von Zellen selbst hergestellt. Wird solch eine Zelle zum Beispiel aktiv, verändert der Indikator seine Struktur und fluoresziert in einer anderen Farbe als zuvor.

MPI für Neurobiologie / Schorner

Mit den neuen Indikatoren können einzelne Aktionspotentiale und somit die Aktivität von Nervenzellen oder auch die Wanderung auto-aggressiver Immunzellen zeitlich unbegrenzt beobachtet werden.

Wohin wandern Nervenzellen während ihrer Entwicklung? Wie gelangen auto-aggressive Immunzellen ins Gehirn? Welche Nervenzellen sind wie miteinander verschaltet, damit eine Entscheidung gefällt oder eine Erinnerung geformt werden kann? Die Antworten auf diese und viele andere Fragen sind in der Regel weniger als einen Tausendstel Millimeter groß. Versteckt zwischen unzähligen anderen Zellen bleibt die Bewegung oder Verschaltung einzelner Zellen auch mit den besten Mikroskopen unsichtbar. Es sei denn, die Zellen werden aus der Masse hervorgehoben.

Kalzium-Indikatoren lassen Zellen leuchten

Um das Unsichtbare sichtbar zu machen, entwickeln Wissenschaftler zunehmend effektivere Fluoreszenzfarbstoffe. Aktionspotentiale von Nervenzellen oder wandernde Immunzellen können mit Hilfe kleiner Änderungen der Kalziumkonzentration in den Zellen sichtbar gemacht werden. Kalzium kommt in jeder Zelle des Körpers vor, wo es meist gebunden vorliegt. Wird eine Zelle aktiv, erhöht sich vorübergehend die zellinterne Konzentration an freiem, ungebundenem Kalzium. Farbstoffe, die Kalzium binden und dadurch ihre Farbe oder Helligkeit ändern, machen diese Zellvorgänge sichtbar. Solche Kalzium-Indikatoren können in Zellen injiziert werden und heben einzelne Zellen im Gewebe, Zellbestandteile oder bestimmte Zellvorgänge unter dem Mikroskop hervor. Die Farbstoffe verblassen jedoch meist nach kurzer Zeit, sodass Langzeitbeobachtungen kaum möglich sind.

Eine Alternative zu synthetisch hergestellten Kalzium-Farbstoffen sind genetisch kodierte Indikatoren. Durch Einschleusen eines Gens können einzelne Zellen den Indikator selbst herstellen. Der Farbstoff wird ständig nachproduziert und störende Eingriffe, wie das Anstechen einer Zelle um den Indikator einzubringen, sind überflüssig. Obwohl deutlich besser für Untersuchungen geeignet, haben diese genetisch-kodierten Indikator-Moleküle Nachteile: Sie sind weniger empfindlich und nicht mit allen Zielzellen kompatibel.

Das Beste aus zwei Lagern

Im Fachmagazin Nature Methods stellen nun Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie mit einem internationalen Kollegenteam die nächste Generation der Fluoreszenzfarbstoffe vor. „Wir wollten die kleinstmöglichen Indikatoren entwickeln, die aber immer noch alle funktionalen Vorteile haben“, berichtet Oliver Griesbeck, der Leiter der Studie. Um dieses Ziel zu erreichen, entwarfen sie 100.000 leicht unterschiedliche Varianten des Indikatorgens und brachten sie in Bakterienkolonien ein. Nebeneinander in der Kulturschale konnten die Forscher dann die verschiedenen Varianten direkt unter dem Fluoreszenzmikroskop vergleichen. Nur die besten Indikatoren schafften es in die jeweils nächste Entwicklungsrunde. Nach rund 5 Jahren intensiver Arbeit ist es nun geschafft – die Wissenschaftler stellen ihre neuen "Twitch"-Sensoren vor.

„Diese Indikatoren sind besser als alles bisher Verfügbare“, schwärmt Griesbeck. Die Indikatoren sind kleiner als bisherige Modelle, bei deutlich erhöhter Leistungsfähigkeit. Dadurch ist ihr Einfluss auf Zellvorgänge vernachlässigbar – sie konkurrieren zum Beispiel kaum mit anderen Prozessen um freigesetztes Kalzium. Zudem vereinen die "Twitch"-Sensoren die Vorteile der bisherigen Indikatortypen: Sie sind von ihrer Empfindlichkeit vergleichbar mit synthetischen Indikatoren und haben die Langlebigkeit genetisch kodierter Farbstoffe. Selbst Immunzellen, die immer etwas heikel waren, nehmen die neuen Indikatoren problemlos auf. So lässt sich ihre Aktivierung und Wanderung durch den Körper nun problemlos unter dem Mikroskop verfolgen. „Jetzt muss es nicht mehr besser werden“, freut sich Oliver Griesbeck. „Von Seiten der Indikatoren steht der Untersuchung aggressiver Immunzellen und anderer Vorgänge im Körper nichts mehr entgegen.”

Originalpublikation
Thomas Thestrup, Julia Litzlbauer, Ingo Bartholomäus, Marsilius Mues, Luigi Russo, Hod Dana, Yuri Kovalchuk, Yajie Liang, Georgios Kalamakis, Yvonne Laukat, Stefan Becker, Gregor Witte, Anselm Geiger,Taylor Allen, Lawrence C Rome, Tsai-Wen Chen, Douglas S. Kim, Olga Garaschuk, Christian Griesinger, Oliver Griesbeck
Optimized ratiometric calcium sensors for functional in vivo imaging of neurons and T-lymphocytes

Nature Methods, Volume 11, Februar 2014

Kontakt
Dr. Stefanie Merker
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 8578 - 3514
E-Mail: merker@neuro.mpg.de
www.neuro.mpg.de
Dr. Oliver Griesbeck
Forschungsgruppe Zelluläre Dynamik
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Email: griesbeck@neuro.mpg.de
Weitere Informationen:
http://www.neuro.mpg.de
- Webseite des MPI für Neurobiologie
http://www.neuro.mpg.de/griesbeck/de
- Webseite der Forschungsgruppe von Dr. Oliver Griesbeck

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.neuro.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Krebsdiagnostik: Pinkeln statt Piksen?
25.05.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Kugelmühlen statt Lösungsmittel: Nanographene mit Mechanochemie
25.05.2018 | Technische Universität Dresden

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: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics