Zelle unter Beobachtung: "Mit der Software können wir die Entwicklung im Video studieren"

Interview mit Prof. Dr. Dr. Fabian Theis, Direktor des Institute of Computational Biology (ICB) am Helmholtz Zentrum München sowie Inhaber des Lehrstuhls für Mathematische Modellierung biologischer Systeme der TU München

08.08.2016

Was passiert während sich Stammzellen differenzieren? Welche molekularen Eigenschaften haben sie? Fragen, die nun mithilfe einer neuen Open-Source-Software einfacher beantwortet werden sollen. Wir sprachen mit Prof. Fabian Theis vom Helmholtz Zentrum München, der an der Entwicklung der Software beteiligt war.
Foto: Blonder Mann im hellblauen Hemd - Fabian Theis

Prof. Fabian Theis ; © Helmholtz Zentrum

Herr Prof. Theis, wofür wird ihr Softwarepaket eingesetzt?

Prof. Fabian Theis: Wir haben die Software zusammen mit dem Schroeder lab innerhalb unserer täglichen Arbeitsprozesse entwickelt, um Antworten auf spezielle biologische Fragestellungen zu bekommen. Dafür müssen wir komplexe Mikroskopie Rohdaten auswerten. Das Mikroskop ist eines der ältesten Instrumente in der Zellbiologie, wird aber oft nur qualitativ genutzt. Mittlerweile wird die Zellbiologie jedoch immer mehr zu einer quantitativen Wissenschaft. Unser Softwaretool befasst sich deshalb auch nicht mit normaler Lichtbildmikroskopie, sondern mit der Fluoreszenzmikroskopie, bei der man bestimmte Moleküle durch Farbstoffe markieren und damit sichtbar machen kann. So kann man zum Beispiel die Verteilung von bestimmten Proteinen sehen. Man nimmt also ein Fluoreszenzmikroskopiebild auf, indem ein Protein, das mit einem Farbstoff markiert ist, mit einem Laser angeregt wird. Das Protein emittiert daraufhin Licht und man kann es lokalisieren. Unser Tool integriert und quantifiziert die Menge an emittiertem Licht über der Zelle und man kann damit auf die Quantität des markierten Proteins schließen.

Zum anderen kann die Software aber auch Mikroskopiefilme verarbeiten. Sogenannte time-lapse Mikroskopiedaten können mit heutigen Fluoreszenzmikroskopen aufgenommen werden. Man beobachtet damit einen biologischen Prozess über eine gewisse Zeit. Das ist wichtig, denn man findet immer wieder kleine Unterschiede in den Zelltypen und möchte wissen, woher diese Heterogenität stammt. Embryonale Stammzellen sind für solche Untersuchungen besonders interessant, denn wir wollen wissen, was genau eine bestimmte Entwicklung einleitet. "Time-lapse"-Aufnahmen sind also wichtig, um den zeitlichen Verlauf und die Veränderungen zu sehen. Sehr gut veranschaulichen lässt sich das an uns selbst. Aus einer befruchteten Eizelle wird ein Körper mit vielen verschiedenen Zellen, die aber trotzdem alle die gleiche DNA haben. Nur Augenblicke aus dieser Entwicklung zu betrachten reicht nicht, um alles zu verstehen. Mit der Software können wir diese Entwicklung nun im Video studieren.

Foto: Sofwareoberfläche; Copyright: Helmholtz Zentrum München

Screenshot der neuen Software; © Helmholtz Zentrum München

Was leistet das integrierte Tracking Tool?

Theis: Mit dem Tracking Tool lassen sich einzelne Zellen betrachten, indem mit der Computermaus Bildsequenzen verändert werden. Man kann quasi auf der Zelle "gleiten" und diese genau verfolgen. Das heißt, es gibt keine automatische Verfolgung der Zelle, sondern es ist eine halbautomatische Quantifizierungsmethode für die Einzelzellanalyse. Das Tracking Tool, kurz tTt, wurde von Prof. Timm Schroeder entwickelt, der nun am Department of Biosystems Science and Engineering der ETH Zürich ist.

Kann die Software auf jeden Rechner aufgespielt werden?

Theis: Die Software ist mit den gängigen Betriebssystemen kompatibel, allerdings muss ausreichend Speicherplatz vorhanden sein. Die Aufnahme von Einzelbildern, die zu einem Video zusammengefügt werden, erzeugen Big Data. In der Regel reichen herkömmliche Festplatten aber aus.

Foto: Simone Ernst; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview wurde geführt von Simone Ernst.
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