Glow Worms – German Version

Hättet ihr gedacht, dass wir Menschen auf der genetischen Ebene Würmern relativ ähnlich sind? Viele Gene stellen in Würmern Proteine her, die identisch mit denen von Menschen sind. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik erforschen diese Proteine mit Hilfe des Fadenwurms Caenorhabditis elegans und hoffen, so auch besser verstehen zu können, welche Funktionen diese Gene bei uns Menschen erfüllen. Gut 80% der menschlichen Proteine haben eine Entsprechung in entwicklungsgeschichtlich sehr entfernten Organismen wie solchen Würmern.

 

Der Fadenwurm C. elegans lebt in nahrungsreicher Erde und frisst Bakterien, die auf organischem Material, das verrottet, zu Haufe vorkommen. Der Wurm hat zwar kein Atmungs- und Kreislaufsystem, verfügt aber trotzdem über einen Mund, eine Art Speiseröhre, einen Darm und ein Nervensystem. Ausgewachsen ist der Wurm ungefähr 1mm lang. Dieser minikleine Wurm kann sein ganzes Leben über mehr als 20.000 Proteine herstellen. Wenn wir verstehen, wie diese Proteine im Fadenwurm C. elegans funktionieren, können wir vielleicht Rückschlüsse darauf ziehen, welche Funktion sie bei uns Menschen haben.

worms

Fadenwürmer mit grün markierten Proteinen. Oben links: ein Ei, aus dem sich ein Wurm-Embryo entwickelt Oben rechts: Drei Würmer im Larvenstadium Unten links: Der Kopf eines ausgewachsenen Wurms Unten rechts: Der Schwanz eines ausgewachsenen Wurms

Abbildungen: Ich mit Transgeneomics-Facility am MPI-CBG

Die Proteine dieses Wurms sichtbar zu machen, ist relativ einfach, da der Wurm durchsichtig ist und sich somit perfekt zum Mikroskopieren eignet. Aber wie unterscheidet man unterschiedliche Proteine? Und wie macht man möglichst gute Bilder? Wir arbeiten mit Licht.

Stellt euch vor, man könnte ein bestimmtes Protein in so einem Wurm überall aufleuchten lassen, und hätte schließlich einen leuchtenden Wurm, an dem man genau dieses Protein dann unter dem Mikroskop genau erforschen kann. Nun, genau das haben Wissenschaftler am MPI schon geschafft. Sie haben ein grün leuchtendes Gen (GFP – green fluorescent protein) als Markierung an ein Wurmprotein gehängt, das auch beim Menschen vorkommt. Das haben sie dann mit vielen anderen Proteinen genau so gemacht. Durch das angehängte GFP leuchtet das Protein unter UV-Licht grün und kann gut lokalisiert werden.

 

Die Mikroskopietechnik, die genutzt wird, um die grün leuchtenden Proteine zu erforschen, heißt SPIM – Selective Plane Illumination Microscopy. Hier nehmen Lichtscheiben die Probe ins Visier, die im 90°-Winkle zum Detektionsobjektiv liegt (das ist anders als bei anderen Mikroskopen). Bei dieser Mikroskopietechnik entfällt das Problem des optischen Bleichens – Licht kann die Fluoreszenz verschwinden lassen und damit die Probe unbrauchbar machen. Mit den Lichtscheiben kann man schnell ein 360°-Bild der Probe machen, und dann alles als 3D-Bild zusammensetzen.

 

Die Wissenschaftler am MPI-CBG nutzen SPIM, um Bilder von vielen verschiedenen, mit GFP markierten Proteinen im Fadenwurm aufzunehmen. Die Lichtscheibe erleuchtet einen hauchdünnen Schnitt durch die Probe. Der gesamte Rest des Wurms verbleibt im Dunkeln. Ist das leuchtende Protein in der erleuchteten Schnittfläche vorhanden, wird es sichtbar. Scheibe für Scheibe wird der Wurm so vom Kopf bis zum Schwanz durchleuchtet und wird währenddessen auch um 360° gedreht. Mit einer Software kann man daraus dann ein 3D-Bild rekonstruieren.

 

Ziel ist es, einen interaktiven Bildatlas der Wurmproteine zu erstellen. Damit hätte man die Möglichkeit, bestimmte Proteine zu bestimmten Zeitpunkten in der Entwicklung eines Wurmes zu lokalisieren. Schaut man sich die 3D-Bilder am Computer an, kann man den Wurm in alle Richtungen drehen und ein bestimmtes Protein sichtbar machen. Das kann viele Forschungsfragen beantworten: Wie viel vom Protein X ist in der Kopfregion, wie viel davon in der Schwanzregion vorhanden? Ist das Protein Y immer nur im Kopf des Wurms angesiedelt, oder ändert es seine Position um Laufe der Entwicklung auch? Interagieren Protein X und Y miteinander?

 

Dieses Wissen kann uns helfen, die Funktion bestimmter Proteine auch beim Menschen besser zu verstehen. Und das kann medizinische Bedeutung haben, weil es neue Ansätze für die Behandlung von Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson oder Krebs liefern könnte.

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