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News: Der Leuchtspur der Proteine folgen

Eine Technologie, mit der man die Wanderung einzelner Substanzen innerhalb einer lebenden Zelle beobachten kann, ist auf dem Wege zur industriellen Nutzung. Mit Hilfe mathematischer Analyseverfahren verfolgen Computer am Mikroskop, wohin verschiedenfarbige Proteine sich bewegen. Als Marker dienen dabei wieder einmal Varianten des grün fluoreszierenden Proteins aus Quallen.
Zu wissen, welchen Weg ein einzelnes Protein im Inneren einer Zelle nimmt, kann für das Verständnis ihrer Funktion – und ihrer Fehlfunktion bei Krankheiten – von entscheidender Bedeutung sein. Wie kann man den Weg dieses Stoffes verfolgen? Indem man ihm ein Leuchtetikett anhängt!

Das ist durchaus wörtlich zu verstehen. Gewisse Quallen produzieren von Natur aus ein grün fluoreszierendes Protein (GFP). Wird dieses auf biochemischem oder gentechnischem Wege mit einem zelleigenen Protein verknüpft, so leuchtet die Verbindung unter Bestrahlung mit (Laser-)Licht der geeigneten Wellenlänge auf. Das ist unter dem Mikroskop beobachtbar. Von den grün fluoreszierenden Proteinen gibt es inzwischen gelbliche (yellow, YFP) und bläuliche (cyan, CFP) Varianten, so daß zwei verschiedene Substanzen zugleich etikettierbar und damit beobachtbar sind.

Allgemein gilt die Technik als revolutionärer Durchbruch in der Zellbiologie. Gewisse Prozesse innerhalb der Zelle spielen sich jedoch weitaus schneller ab, als das menschliche Auge beobachten kann. Deswegen muß die Bildauswertung durch den Computer zu Hilfe kommen. Roland Eils vom Interdisziplinären Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) der Universität Heidelberg hat zusammen mit seiner Arbeitsgruppe die Software geschrieben, die im Verein mit den molekularbiologischen und Bilderzeugungs-Techniken aus dem theoretischen Prinzip ein praktikables System macht. Dafür ist er mit dem mit 2,4 Millionen Mark dotierten BioFuture-Nachwuchspreis des Bundesforschungsministeriums ausgezeichnet worden. Zudem wurde am 11. November 1999 in der Universität Heidelberg ein Kooperations- und Lizenzvertrag mit der Münchener Firma T.I.L.L. Photonics unterzeichnet, der die Verwertung der Erfindung zum Gegenstand hat.

Das von Eils geschriebene Programm leistet Ähnliches wie das Sehsystem des Menschen. Es geht darum, durch eine Art Schneegestöber hindurch die wesentlichen Strukturen noch zu erkennen. Der einfachste Weg ist, das ganze Bild ein bißchen unscharf zu machen. Dadurch verwischen sich sehr kleinräumige Störungen – aber die wichtigen Dinge eben auch. Die Kunst besteht darin, die Verwischung nicht senkrecht zu bereits erkannten Kanten wirken zu lassen, sondern allenfalls parallel dazu. Das gelingt mit einer neuen mathematischen Technik, den sogenannten nichtlinearen anisotropen Diffusionsfiltern. Unter Verwendung dieser Technik gelingt es Eils nicht nur, die wesentlichen Leuchtpunkte von den störenden zu unterscheiden, sondern auch den Weg zu rekonstruieren, den diese zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufnahmen zurückgelegt haben. Diese Spuren sind es, die den Forschungslabors in aller Welt die dringend gesuchten Aufschlüsse liefern sollen.

Siehe auch

  • Spektrum Ticker vom 27.10.1999
    "Es werde Licht"
    (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)

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