WASHINGTON/HEIDELBERG - Ein neuartiges Mikroskop zeigt die Wanderung von rund 20 000 Zellen im heranwachsenden Fischembryo und schafft am Computer dreidimensionale Filme daraus. Forscher um Philipp Keller vom European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg präsentieren das Verfahren im Journal „Science“.
Die kostenlos im Internet zu sehenden Filme zeigen unter anderem, welche Zellen sich innerhalb des Embryos wohin bewegen, um die Anlagen von Gewebe zu schaffen. Eines der Resultate: 7,7 Stunden nach der Befruchtung sind die späteren Anlagen der Organe von der Außenseite des Embryos ins Innere gewandert.
Diese Wanderungen lassen sich in den durchsichtigen Embryonen des Zebrafischs (Danio rerio) besonders gut verfolgen. Die neuen Filme erfassen derzeit die ersten 24 Stunden im Leben der Fische. In dieser Zeit teilt sich die befruchtete Eizelle in viele tausend weitere, die innerhalb des heranwachsenden Zellhaufens ihren Platz finden müssen. Das hat ein schwer zu erfassendes Gewusel von immer mehr Zellen zur Folge.
Um dem Herr zu werden, wurden die Zellkerne des Embryos mit einem Leuchtprotein so markiert, dass sie im Laserlicht aufleuchten. Im zweiten Schritt schickten Keller und seine Kollegen einen Laserstrahl durch eine sehr dünne Schicht des Embryos – und wie erwartet leuchteten alle Zellkerne innerhalb dieser Schicht auf. Bilder zeigen daher die Position aller Zellkerne dieser Ebene.
Dieser Schritt wurde dann so lange wiederholt, bis der kugelige Embryo schrittweise und von oben nach unten durchleuchtet war. Die im Rechner übereinandergestapelten Digitalbilder verrieten die Position aller Zellkerne. Im Laufe der nächsten Stunden wurden immer neue Schnittbilder aufgenommen, die dank der fortschreitenden Zellteilung immer mehr Kerne zeigen, die ihre Position außerdem ständig verändern. Nach 24 Stunden waren es rund 20 000 Zellen. Das digitale Abbild des Embryos forderte den Rechnern der Gruppe Höchstleistungen ab: Es hatte 55 Millionen Zellkern-Positionen gespeichert.
„Stellen Sie sich vor, die Menschen einer Stadt einen Tag lang mit einem Teleskop aus dem All zu verfolgen. Das kommt der Aufgabe nahe, die Zehntausende von Zellen zu verfolgen, die ein Wirbeltier-Embryo ausmachen – nur, dass sich dessen Zellen in drei Dimensionen bewegen“, erklärt Keller.
Das neue Mikroskop liefert 63 Millionen räumliche Informationen in der Sekunde – 24 Stunden lang, 400 000 Bilder pro Embryo. Mit Hilfe von Experten des Karlsruher Instituts für Technologie ließen sich Programme für die automatische Auswertung der Schichtaufnahmen schreiben. „Der digitale Embryo ist so etwas wie Google Earth für die Embryonalentwicklung. Er gibt einen Überblick über alles, was in den ersten 24 Stunden passiert und erlaubt es, überall hinein- und herauszuzoomen“, sagt Co-Autor Joachim Wittbrodt. Demnach lässt sich die Technik auch bei Mäusen, Hühnern und Fröschen anwenden.
Filme unter www.embk-heidelberg.de/digitalembryo/
