Neue Technik zeichnet die Aktivität fast jeder Zelle in einem lebenden Tier auf

Wissenschaftler am HHMI's Janelia Research Campus haben eine Technik entwickelt, die gleichzeitig Echtzeit-Kommunikationssignale von fast jeder Zelle in einem lebenden Wirbeltier aufzeichnen kann. Dies ist eine biologische Premiere, die einen beispiellosen Einblick in die Echtzeit-Koordination der Organe und Systeme des Körpers bietet.

Eine neue Art, dem Körper zuzuhören

Die Methode namens WHOLISTIC (WHole Organism Live Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity) wurde von Virginie Ruetten, einer Postdoktorandin im Labor von Misha Ahrens, entwickelt und am Mittwoch in Nature veröffentlicht. Durch die Verfolgung von Kalziumsignalen, der molekularen Währung, die Zellen zur Kommunikation mit ihren Nachbarn nutzen, erfasst das System die zelluläre Aktivität im Herz-Kreislauf-, Verdauungs- und Nervensystem einer Zebrafischlarve gleichzeitig.eurekalert+2

Die Technik baut auf mehr als einem Jahrzehnt Arbeit des Ahrens-Labors auf, das Pionierarbeit bei der Abbildung von Kalziumsignalen im gesamten Gehirn einer Zebrafischlarve geleistet hat. WHOLISTIC erweitert diesen Ansatz auf den gesamten Körper, indem es hochauflösende volumetrische Fluoreszenzbildgebung und computergestützte Werkzeuge verwendet, um Signale über Gewebe und Zelltypen hinweg zu verfolgen und abzugleichen.phys

"Diese Arbeit schlägt eine Brücke zwischen zwei grundlegenden biologischen Skalen, der Zelle und dem Organismus, sodass wir diese Beobachtungslücke nun schließen können", sagte Ruetten.eurekalert+1

Erste Entdeckungen

Die Methode hat bereits Ergebnisse geliefert, darunter die Entdeckung, dass der Hirnstamm die Umleitung des Blutflusses vom Darm zum Gehirn und zu den Muskeln bei Sauerstoffmangel steuert. Die Forscher beobachteten zudem wandernde Aktivitätsschwingungen entlang des Rückenmarks, die während Phasen motorischer Ruhe von Ependymzellen ausgingen, was darauf hindeutet, dass diese Zellen eine Rolle beim Schlaf spielen könnten. Das System enthüllte ferner, dass Ketamin die Hirnhäute zusammen mit Neuronen stimuliert, und identifizierte Chondrozyten, die Hauptzellen im Knorpel, als kälteempfindlich.phys

"Wir wissen, dass die Evolution funktionierende Organismen hervorgebracht hat, aber der Evolution war es egal, ob eine Entscheidung im präfrontalen Kortex des Gehirns oder in einer Verbindung zwischen dem Hirnstamm und der Blase umgesetzt wurde", sagte Ahrens.hhmi+1

Blick in die Zukunft

Das Team, zu dem auch Mitarbeiter des University College London, von Virginia Tech und der Tsinghua University gehörten, passt die Methode nun für den Einsatz bei Danionella an, einem Fisch, der sein Leben lang transparent bleibt, was die Untersuchung komplexerer Verhaltensweisen ermöglicht. Das für die Methode verwendete Mikroskop ist in biologischen Laboren weit verbreitet, und die computergestützten Werkzeuge sind Open Source, was den Ansatz für Forscher weltweit zugänglich macht.hhmi+2

"Es gibt am Ende keine verborgenen Teile mehr, und an diesem Punkt glaube ich, dass wir eine Chance auf ein echtes, vollständiges Verständnis haben", sagte Ahrens.phys