Beobachtung von Zellen 22.03.2016, 12:04 Uhr

Forscher haben einen der buntesten Fische der Welt geschaffen

In so vielen Farben hat noch kein Fisch auf der Welt geschimmert. Amerikanischen Zellbiologen ist es gelungen, jede einzelne Zelle in der Haut eines Zebrabärblings anzusteuern und zu manipulieren. Unter dem Mikroskop haben die Forscher den Eindruck, unter Drogen zu stehen – so bunt flimmert die Haut des Fisches.

Hautzellen eines Zebrabärblings unter dem Mikroskop: Den Forschern ist es gelungen, jede Hautzelle eines Zebrafisches einzeln zu manipulieren. Dadurch kann die Wanderung und Entwicklung jeder Hautzelle während ihres gesamten Lebens beobachtet werden.

Hautzellen eines Zebrabärblings unter dem Mikroskop: Den Forschern ist es gelungen, jede Hautzelle eines Zebrafisches einzeln zu manipulieren. Dadurch kann die Wanderung und Entwicklung jeder Hautzelle während ihres gesamten Lebens beobachtet werden.

Foto: Chen-Hui Chen/Duke University/dpa

In einem Labor der Duke University in Durham in North Carolina schwimmt der ganze Stolz einer Gruppe von Zytobiologen: ein Schwarm Zebrafische. Mit bloßem Auge sehen die Fische ganz normal aus, mit ihren charakteristischen Streifen.

Doch unter dem Mikroskop entfalten sie eine betörende Farbenpracht. Jede einzelne äußere Hautzelle der kleinen Wassertiere besitzt eine zufällige Kombination aus rot, blau und grün fluoreszierenden Proteinen, so dass 70 zufällig verteilte Farbtöne entstehen. Auf diese Weise lässt sich jede Zelle, die ihre Farbe während ihrer gesamten Lebensdauer unverändert behält, klar von ihren Nachbarzellen unterscheiden. Dadurch entsteht ein unglaubliches Farbenspiel.

Skinbow lässt jede Zelle individuell leuchten

Erreicht haben die Forscher um Zytologie-Professor Kenneth D. Poss diesen Effekt mit einer Methode aus dem Bereich der Gentechnik, die sie „Skinbow“ genannt haben. Sie basiert auf einem Verfahren namens Brainbow, mittels derer einzelne Nervenzellen in Gehirnen farblich markiert werden können.

Manipulierte Hautschuppe eines Zebrabärblings: 70 verschiedene Farbtöne haben die Forscher erzeugt.

Manipulierte Hautschuppe eines Zebrabärblings: 70 verschiedene Farbtöne haben die Forscher erzeugt.

Quelle: Chen et al./Developmental Cell 2016/dpa

Doch den Forschern geht es nicht darum, die Öffentlichkeit mit einem betörend schönen Fisch zu verzaubern. Es geht ihnen vielmehr darum, die Veränderungen der Haupt besser erforschen zu können. Denn durch die Einfärbung jeder einzelnen Hautzelle sind sie in der Lage, ihre Entwicklung genau zu verfolgen. Es sei, als habe man „jede Zelle mit einem individuellen Barcode versehen“, erklärt Chen-Hui Chen, einer der beteiligten Wissenschaftler und Hauptautor der Studie, die gerade im Fachmagazin „Developmental Cell“ erschienen ist.

Eine Software hilft den Forschern, jede Veränderung jeder einzelnen Zellen über ihre gesamte Lebensdauer zu verfolgen und individuelle Biographien dieser leuchtenden Punkte zu erstellen. Von Interesse sind dabei Wanderungen, Veränderungen von Form und Größe sowie Neubildungen.

Wissenschaftler machen Vorgänge bei der Wundheilung sichtbar

Die Biologen erkennen somit, wie sich die Hautzellen in Relation zueinander bewegen, wie sie sich in den drei Wochen, die die Fischhaut üblicherweise für eine komplette Erneuerung braucht, verhält und vor allem, wie Haut nach einer Verletzung regeneriert.

Bei einer schweren Verletzung wie der Amputation einer Flosse zum Beispiel wandern Zellen aus tieferen Bereichen an die Oberfläche der Wunde, um sie schnell zu schließen, schreiben die Wissenschaftler. Rasch bilden sich neue Hautzellen, und schließlich vergrößern sich für einen begrenzten Zeitraum Zellen an der Oberfläche des frischen Gewebes, um eine möglichst rasche Abdeckung zu erreichen – insgesamt sehr komplexe Vorgänge, die ohne die Skinbow-Methode nicht so klar zu beobachten gewesen wäre, so Professor Kenneth D. Poss.

Jede einzelne Hautzelle dieses Zebrabärblings leuchtet in einer anderen Farbe. Die verwendete Methode - «Skinbow» genannt - sei ein Wegbereiter dafür, in einem einzigen Schritt Hunderte oder sogar Tausende Zellen in einem regenerierenden Gewebe sichtbar zu machen.

Jede einzelne Hautzelle dieses Zebrabärblings leuchtet in einer anderen Farbe. Die verwendete Methode – «Skinbow» genannt – sei ein Wegbereiter dafür, in einem einzigen Schritt Hunderte oder sogar Tausende Zellen in einem regenerierenden Gewebe sichtbar zu machen.

Quelle: Chen et al./Developmental Cell 2016/dpa

Das Team versteht seine Forschung als Schritt auf dem Weg zu umfassenden Erkenntnissen. „Bevor wir die Geweberegeneration vollständig verstehen können, müssen wir verfolgen können, was jede einzelne Zelle tut“, betont Poss. In Zukunft hoffen die Wissenschaftler, Skinbow mit weiteren bildgebenden Methoden kombinieren zu können, um noch weiter in die Tiefe zu gehen. Spannend sei außerdem, ob und wie Faktoren wie Drogen, Infektionen oder Krebs das Zellverhalten und somit die Heilung beeinflussen. 

Nicht weniger spannend ist aber auch, was Schweizer Forscher in Sachen „Haut“ festgestellt haben. Sie überziehen künstliche Implantate mit einer bakteriellen Zellulose, um sie für den Körper verträglicher zu machen. Wie das geht lesen Sie hier.

Hautzellen eines Zebrabärblings unter dem Mikroskop: Den Forschern ist es gelungen, jede Hautzelle eines Zebrafisches einzeln zu manipulieren. Dadurch kann die Wanderung und Entwicklung jeder Hautzelle während ihres gesamten Lebens beobachtet werden.

Hautzellen eines Zebrabärblings unter dem Mikroskop: Den Forschern ist es gelungen, jede Hautzelle eines Zebrafisches einzeln zu manipulieren. Dadurch kann die Wanderung und Entwicklung jeder Hautzelle während ihres gesamten Lebens beobachtet werden.

Quelle: Chen-Hui Chen/Duke University/dpa

Von Judith Bexten

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