Wissenschaftsbild des Monats

Eine Blaupause für die frühe Entwicklung

Im knalligen Pink und Blau zeigt sich unser Wissenschaftsbild des Monats, das fast schon wie ein Kussmund anmutet. Doch zu sehen ist etwas ganz anderes: der Embryo einer Taufliege.

Zum Zeitpunkt der Aufnahme hat sich das Taufliegen-Ei bereits 13 Mal geteilt und besteht aus etwa 6.000 Zellen. Diese sehen zwar fast alle gleich aus, doch schon bald wird sich jede von ihnen unterschiedlich entwickeln. Schon jetzt sind kleine Unterschiede zu erkennen: Auf der linken Seite setzt sich gerade der Kopf vom Rest des Körpers ab, in der Mitte beginnt eine Einstülpung. Entstanden ist das Bild mittels In-situ-Hybridisierung, einer Methode, um die Expression von bestimmten Genen unter dem Mikroskop sichtbar zu machen. An den roten Stellen der gemusterten Struktur leuchtet ein Protein. Die Blau gefärbten Bereiche zeigen die DNA in den Zellkernen, in denen die Erbinformation verschlüsselt ist. Durch die Färbungen lässt sich die Struktur des Embryos erkennen.

Das Bild diente einem Team von Wissenschaftlern des MDC allerdings nur als Bestätigung für die Richtigkeit ihres neu entwickelten virtuellen Modells des Drosophila melanogaster-Embryos. Ihre Idee: Statt zeitraubender Laborexperimente sollen Forscher durch virtuelle Experimente viel schneller neue steuernde Elemente identifizieren oder Erkenntnisse über biologische Mechanismen gewinnen können. Was mit Standard-Methoden Jahre dauern würde, kann man so in ein paar Stunden erledigen. Um diese Idee zu verwirklichen, arbeiteten Wissenschaftler mit Expertisen in Physik, Mathematik, Biochemie und Entwicklungsbiologie zusammen. Sie analysierten die Gen-Expressionsprofile der Taufliegenembryo-Zellen und kartierten die gewonnenen Daten mithilfe eines neuen Algorithmus. Der virtuelle Embryo erlaubt es nun schnell und leicht die Expression Tausender Gene vorherzusagen und so prophezeien zu können , ob aus einer Zelle eine Nerven- oder eine Muskelzelle werden wird - beziehungsweise Teil des Darms, des Kopfes oder des Hinterteils.

Das Ergebnis veröffentlichten sie nun in einem Online-Tool. Über das Internet können sich nun Forscherinnen und Forscher weltweit in einer interaktiven Datenbank irgendeines von etwa 8.000 exprimierten Genen in jeder Zelle anschauen und fragen, in welchen Zellen welche Gene aktiv sind.

Weitere Informationen:

Zelle für Zelle den beginn des Lebens rekonstruieren (MDC Insights)

Interaktive Datenbank "Drosophila Virtual Expression eXplorer (DVEX)

Karaiskos, N. et al. (2017): “The Drosophila embryo at single-cell transcriptome resolution.” Science. doi/10.1126/science.aan3235 (Science)

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