Blick in die lebenden Zellen des Zebrafischs

Karlsruhe/Mainz/Bethesda (USA) – Wenn Forscher mehr über den Aufbau und die Funktion von Zellen erfahren wollen, untersuchen sie diese am besten in ihrer natürlichen Umgebung. Doch gerade bei höheren Organismen ist das sehr schwierig. Wissenschaftler haben nun eine Methode entwickelt, um Zellen von lebenden Fischlarven unter dem Mikroskop zu beobachten und dabei Zellstrukturen sichtbar zu machen, die weniger als einen Tausendstel Millimeter groß sind. Bei ihrem Verfahren kommt es vor allem auf die richtige Ausleuchtung der Objekte an.

Mikroskopbild mit leuchtend grünen, fadenförmigen Strukturen, die fast das gesamte Bild ausfüllen.
Mikrotubuli in lebenden Zellen

Die Larven des Zebrabärblings, auch Zebrafisch genannt, eignen sich besonders gut für Zellstudien, da sie komplett durchsichtig sind. Über genetische Methoden können Teile der Larvenzellen so verändert werden, dass sie im sichtbaren Licht fluoreszieren. Das Team vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung und der US-amerikanischen National Institutes of Health interessierte sich bei seinem Experiment vor allem für die Mikrotubuli. Das sind röhrenförmige Proteinstrukturen, die etwa 100 Mikrometer lang sind und einen Durchmesser von nur zwanzig Nanometern haben. Sie kommen überall in der Zelle vor und sind entscheidend für deren Teilung und Bewegung.

Für ihr Verfahren leuchteten die Wissenschaftler die Zellen nicht komplett aus, sondern bestrahlten sie nur punktförmig mit sichtbarem Licht. Dadurch entsteht weniger Streulicht, das von benachbarten Strukturen zurückgeworfen wird und die eigentliche Aufnahme stört – das angeleuchtete Detail wird somit scharf abgebildet. „Mittlerweile lassen sich so Auflösungen von 145 Nanometern in der Ebene und 400 Nanometern dazwischen verwirklichen“, sagt Marina Mione vom KIT. Nachdem die Wissenschaftler mehrere Punkte auf diese Weise abgebildet haben, erzeugten sie am Computer ein Gesamtbild. Mit ihrer Technik ist es sogar möglich, Bilder in verschiedenen Tiefenebenen zu machen und so ein dreidimensionales Bild zu erstellen. Außerdem entstanden die einzelnen Aufnahmen im Abstand von wenigen Sekunden, damit sie nicht durch die Bewegung der Zellen unscharf werden.

Innere einer ZelleVideo Zelle
Fluoreszierende Zellstrukturen

Anschließend verarbeiteten die Wissenschaftler ihre Bilder zu Videos, auf denen die Bewegungen der Mikrotubuli in den Zellen zu sehen sind. Die Forscher dokumentierten unter anderem, wie sich unter der Haut der Larven das Seitenlinienorgan im Frühstadium ausbildet. Mit diesem Organ nehmen die ausgewachsenen Fische wahr, wenn sich im Wasser etwas bewegt. Ihre Methode kann somit wichtige Erkenntnisse darüber liefern, wie sich Wirbeltiere auf zellulärer Ebene entwickeln, erklären die Forscher.