Neurobiologie : Farben erhellen Gehirnstruktur

Neuronaler Kreislauf wird durch vielfarbigen „Brainbow“ sichtbar.

Alison Abbott

Es kommt nicht häufig vor, dass Forschungsergebnisse auch noch gut aussehen. Ein eleganter neuer Weg, individuelle Gehirnzellen darzustellen, leistet nicht nur dem Verständnis davon, wie das Gehirn arbeitet, Vorschub, sondern brachte seinen Entwicklern auch einen Preis für Wissenschaftsfotografie ein.
Die Methode, die Neurowissenschaftler der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, in Nature (1) beschreiben, erlaubt es Forschern zu erkennen, wie Neurone miteinander verbunden sind, indem jedes einzelne in einem Ton aus einer Farbpalette mit mehr als 90 Schattierungen gefärbt wird. Auf diese Weise wird es möglich sein, detaillierte Diagramme des Gehirns zu erstellen und seine Arbeitsweise zu studieren.
Vor mehr als einem Jahrhundert entwickelten Neurowissenschaftler die erste Methode, einzelne Neurone anzufärben - mit Silberbromid. Für Arbeiten mit dieser Technik wurde 1906 der Nobelpreis für Medizin verliehen. Auf diese Art lassen sich Neurone jedoch in nur einer Farbe anfärben.
Erst während des letzten Jahrzehnts haben Wissenschaftler diese Technik verfeinert, indem sie mithilfe gentechnischer Methoden Gene, die für fluoreszierende Proteine codieren, in Mäuse einschleusten, die dann in Neuronen exprimiert wurden. Bis jetzt war es jedoch nicht möglich, mehr als zwei dieser Gene gleichzeitig einzuschleusen, die das Gehirn in zwei Farben aufscheinen ließen. "Es war klar, das zwei Farben nicht genügen würden, um die komplexen Strukturen und Verbindungen des Gehirns darzustellen", sagt Joshua Sanes, einer der Autoren der Veröffentlichung.

Alle Farben des Regenbogens

Sanes und seine Kollegen fanden einen Weg, durch den transgene Mäuse zahlreiche Mischfarben der vier Farben der Fluoreszenzproteine im Gehirn exprimieren: Gelb, Rot, Cyan und entweder Orange oder Grün.
Dazu schleusten sie einen String vier Farben produzierender Gene ein, der durch ein Gensystem mit der Bezeichnung Cre/lox kontrolliert wird. Das System wurde so organisiert, dass es nach dem Zufallsprinzip die Aktivität eines farbgebenden Gens in vivo unterstützt. Anschließend wurden diverse Versionen des Genstrings in das Genom embryonaler Stammzellen von Mäusen eingeschleust und so transgene Mäuse geschaffen.
Jedes Neuron dieser transgenen Mäuse schaltete eine zufällige Anzahl der farbcodierenden Gene ein. Das Ergebnis sind etwa 90 verschiedene Farbschattierungen.
Ein Neuron zum Beispiel könnte lediglich Rot und Cyan anschalten, so dass es in einem satten Mauveton scheint; sein Nachbar könnte viel Rot und ein wenig Grün und Blau aktivieren und in grellem Pink leuchten. Die Wissenschaftler nennen ihr System "Brainbow".
Dieses Mischen der Farben ähnelt dem, das beim Fernsehen verwendet wird, sagt Sanes, wo auch nur rote, grüne und blaue Pixel produziert und zu den gewünschten Farben gemischt werden.

Leuchtendes Gehirn

Hirnforscher sind erstaunt darüber, dass den Harvard-Wissenschaftlern ein technisch derart schwieriger Trick gelungen ist, bei dem die praktische Nutzung gleichzeitig so einfach ist. Die transgenen Mäuse und alles weitere zur Forschung Nötige ist für den Gebrauch durch andere Forscher zugänglich.
"Es wird denjenigen, die über die Funktionsweise des Gehirns forschen, wertvolle Einblicke geben", sagt Karel Svoboda, Neurowissenschaftler an den Howard Hughes Medical Institute's Janelia Farm Laboratories in Loudoun County, Virginia.
Es sein obendrein "sehr ästhetisch" fügt er hinzu. Aus diesem Grund hat Jean Livet - die Postdoktorandin, die auf den Trick mit Cre/lox kam - den Olympus BioScapes Digital Imaging Competion 2007 gewonnen, sagt Sanes.

(1) Livet, J. et al. Nature 450, 56-61 (2007).

Dieser Artikel wurde erstmals am 31.10.2007 bei news@nature.com veröffentlicht. doi: 10.1038/news2007.209. Übersetzung: Sonja Hinte. © 2007, Macmillan Publishers Ltd

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