Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jülicher Forscher untersuchen Ursachen für Farbenblindheit

30.01.2004


Wenn die Welt farblos ist



Nachts sind alle Katzen grau, doch mit der Morgendämmerung werden sie wieder farbig. Für Menschen mit angeborener Farbenblindheit - Achromatopsie - erscheint die Welt immer in Grautönen, ähnlich einem Schwarz-Weiß-Film. Bisher war bekannt, dass Farbenblindheit durch Mutationen in Genen entsteht. Dieses führt zu einer Fehlfunktion in bestimmten Lichtsinneszellen - den Zapfen. Jetzt haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der Universitäts-Augenklinik Tübingen herausgefunden, dass ein Ionenkanal im Zapfen bei Farbenblinden andere Eigenschaften zeigt als bei Gesunden. Die Forscher vermuten, dass der Einstrom von Kalziumionen durch diesen Kanal in die Zelle gestört ist und deshalb die Zapfen weniger lichtempfindlich sind. Lichtreize können nicht mehr optimal verarbeitet werden. Die Ergebnisse sind in der Januar-Ausgabe des "Journal of Neuroscience" veröffentlicht.



In der Netzhaut des Auges kommen zwei Gruppen von Photorezeptoren vor, die Zapfen und die Stäbchen. Die Zapfen sind für das Sehen bei Tageslicht und für das Farbsehen zuständig. Stäbchen ermöglichen das Sehen in der Dämmerung. Bei Menschen mit Farbenblindheit - nicht zu verwechseln mit der Rot-Grün-Blindheit - arbeiten nur die Stäbchen einwandfrei. Bei Tageslicht offenbart sich die erblich bedingte Sehstörung: Die Betroffenen können keine oder fast keine Farben erkennen, leiden unter mangelnder Sehschärfe und sind extrem blendempfindlich. Für sie ist intensives Licht oft schmerzhaft.

Lichtreize werden im Auge von den Photorezeptoren in elektrische Impulse umgewandelt. Dazu sitzen Ionenkanäle in den Zellmembranen der Zapfen und lassen im geöffneten Zustand Natrium- und Kalziumionen ins Innere der Zellen. Der Kanal wird von einem zellulären Botenstoff gesteuert. Im Dunkeln ist die Konzentration dieses Botenstoffes hoch und die Ionenkanäle sind geöffnet. Im Licht wird der Botenstoff abgebaut, die Ionenkanäle schließen und lassen keine geladenen Teilchen mehr ins Zellinnere. Dadurch ändert sich die elektrische Spannung an der Membran. Die Zapfen wandeln diese Spannungsänderung schließlich in ein chemisches Signal um, das von nachgeschalteten Zellen in der Netzhaut weiterverarbeitet wird.

Die Jülicher Wissenschaftler Dr. Dimitri Tränkner, Dr. Reinhard Seifert und Prof. U. Benjamin Kaupp untersuchten, welche Eigenschaften der Ionenkanal von Farbenblinden hat und wie er sich von dem eines Gesunden unterscheidet. Die Biophysiker vom Institut für Biologische Informationsverarbeitung (IBI 1) befassten sich mit einer besonderen Form der Achromatopsie, die bei zwei Schwestern auftritt. Beide können kräftige, gesättigte Farben gut erkennen und unterscheiden, sie verwechseln jedoch blasse Farben (Pastelltöne).

Die Ionenkanäle in den Zapfen sind aus A- und B- Untereinheiten aufgebaut. Zwei Gene sind für den Bauplan verantwortlich. Achromatopsie entsteht durch Mutationen in diesen Genen. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäts-Augenklinik Tübingen gelang es den Jülicher Forschern, die Ionenkanäle der Schwestern nachzubauen. "Dazu haben wir die Gene der gesunden und mutierten Kanäle in Ammenzellen eingeschleust und konnten dort die menschlichen Kanäle sehr genau untersuchen", erläutert Tränkner die Vorgehensweise. "Mit einer feinen Glaspipette habe ich Membranflecken isoliert, welche die Kanäle enthielten, Botenstoff dazugegeben und die elektrischen Ströme gemessen." Die Wissenschaftler bauten zunächst funktionsfähige Ionenkanäle nur aus mutierten A-Untereinheiten auf. Diese besaßen stark veränderte Eigenschaften gegenüber gesunden Kanälen. Im nächsten Schritt gaben die Wissenschaftler die B-Untereinheit dazu. Bis auf eine Ausnahme wurden nun alle veränderten Eigenschaften durch diesen Baustein wieder aufgehoben. "Das Ergebnis hat uns überrascht", erklärt Dimitri Tränkner. "Umso mehr, da sich der Kanal aus drei mutierten A-Untereinheiten und nur einer gesunden B-Untereinheit zusammensetzt. Das erklärt jedoch, warum die beiden Schwestern nur an einer milden Ausprägung der Farbenblindheit leiden."

Der Ionenkanal aus den Patienten unterschied sich von dem Gesunder nur noch durch eine geringere Bindungsstärke für Kalziumionen. Die Kalziumionen konnten den Ionenkanal schneller passieren, so dass der Ionenstrom größer war als in normalen Kanälen. "Wir haben dann diskutiert, welche Auswirkungen diese Eigenschaft für Zapfen haben könnte", erläutert der Biologe. Kalzium ist wichtig für die Sinneszellen, weil es die Lichtempfindlichkeit reguliert. Durch diese veränderte Eigenschaft des Ionenkanals ist der Kalzium-Haushalt in der Zelle gestört. Außerdem kommt es zu größeren Stromschwankungen in den Zapfen der Patienten. Um dieses Stromrauschen zu überwinden, sind höhere Lichtreize nötig, um die Sehzellen zu erregen. Die Zapfen benötigen mehr Licht und eine höhere Farbintensität, um Farbkontraste entstehen zu lassen. "Das könnte erklären, warum die Schwestern nur gesättigte Farben unterscheiden und zuordnen können", fasst Dimitri Tränkner die Überlegungen zusammen.

Peter Schäfer | idw
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/portal/angebote/pressemitteilungen

Weitere Berichte zu: Botenstoff Farbenblindheit Gen Ionenkanal Kalziumion Kanal

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Zirkuläre Wirtschaft: Neues Wirtschaftsmodell für die chemische Industrie?
28.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

nachricht Unternehmen entwickeln sich zu Serviceanbietern
25.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie