Wiener Forscher beobachten Fadenwurm beim "Denken"

9. September 2013, 13:14
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Mit innovativer Technik lässt sich messen, wie bei Caenorhabditis elegans Umweltreize von Nerven verarbeitet werden

Wien - Wiener Forscher haben eine Technik entwickelt, mit der man beim Fadenwurm Caenorhabditis elegans die Aktivität von einem Großteil der Nervenzellen gleichzeitig verfolgen kann. Damit könne man untersuchen, wie bestimmte Reize im Gehirn verarbeitet werden und zu einem bestimmten Verhalten führen, berichten die Wissenschafter in der Fachzeitschrift "Nature Methods".

Der Fadenwurm ist für die Forscher ein praktischer Modellorganismus, um die Signalleitung auszukundschaften: Er hat nur 302 Nervenzellen, die mit 8.000 Synapsen verbunden sind, der genaue Schaltplan ist schon seit mehr als 25 Jahren bekannt. Doch so, wie man mehr über die Aktivitäten in einer Stadt erfährt, wenn man den Verkehr verfolgt und nicht bloß den Stadtplan studiert, kann man auch das Nervensystem besser verstehen, wenn man weiß, wann und wie sich die Nervenzellen untereinander verständigen. Bis jetzt konnte man aber nur die Aktivität einzelner Nervenzellen gleichzeitig studieren - also beobachten, was in ein paar Straßen passiert und nicht in der ganzen Stadt.

Innovative Mikroskopiertechnik

Wiener Biologen und Physiker haben nun eine Mikroskopiertechnik entwickelt, mit der man die Aktivität von einem Großteil der Nervenzellen in den Würmern fast gleichzeitig beobachten kann. Bisher konnte immer nur eine kleine Fläche mit einer guten Auflösung betrachtet werden, erklärte Alipasha Vaziri vom Institut für Molekulare Pathologie (IMP) und den Max F. Perutz Laboratories (MFPL) in Wien. Um eine große Fläche zu untersuchen, musste man sie quasi Schritt für Schritt durchscannen, was Zeit kostete.

"Wir haben mit einem Trick, den wir 'Light Sculping' nennen, geschafft, diese beiden Dinge zu entkoppeln und können einen großen Bereich ausleuchten und trotzdem die Auflösung sehr genau halten", sagte er. Dadurch könne man die Neuronen in einer Ebene gleichzeitig beobachten und bräuchte nur mehr hinauf- und hinunterzuscannen, um zu einem dreidimensionalen Bild zu kommen, so Vaziri.

Fluoreszierender Eiweißstoff

Die Nervenaktivität messen die Forscher, indem sie die Kalzium-Ionen-Konzentration in den Zellen ermitteln, denn diese steigt, wenn Nervenzellen aktiv sind. Dazu haben sie einen fluoreszierenden Eiweißstoff in die Nervenzellen geschleust, der stärker leuchtet, wenn Kalzium an ihn bindet. Die vielen Nervenzellen lagen in den Scan-Bildern jedoch so dicht aneinander, dass sie kaum voneinander zu unterscheiden waren, berichten sie. "Indem wir daraufhin den Kalziumsensor nur in den Zellkern anstatt in das gesamte Zellinnere gebracht haben, umgingen wir dieses Problem. So wurden die Umrisse einzelner Nervenzellen sichtbar, was deren Identifikation erlaubte", erklärte Tina Schrödel vom IMP.

"Als nächsten Schritt wollen wir erforschen, wie unterschiedliche Reize im Gehirn verarbeitet werden", so Schrödel. Außerdem könnte man sich an die Nervensysteme von größeren Tieren heranwagen, so die Forscher in der Fachzeitschrift. Doch etwa alle Aktivitäten im menschlichen Nervensystem zu erfassen, wird wohl ein bisschen komplizierter als bei den Würmern: Menschen haben Hunderte Milliarden Nervenzellen, und es gibt laut Berechnungen mehr Möglichkeiten, diese miteinander zu verbinden als Atome im Universum. (APA/red, derStandard.at, 09.09.2013)

  • Die Nervenzellen des Wurmgehirns sind hier grün dargestellt. Wiener Forschern ist es gelungen, die Aktivität von einem Großteil der Nervenzellen von C. elegans gleichzeitig zu messen.
    foto: imp

    Die Nervenzellen des Wurmgehirns sind hier grün dargestellt. Wiener Forschern ist es gelungen, die Aktivität von einem Großteil der Nervenzellen von C. elegans gleichzeitig zu messen.

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