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Lasertracking Wiener Forscher beeinflussen Fliegen-Hirn im Flug.

FlyMAD Laser-Tracking-Instrument zur Verhaltensänderung von Fliegen
FlyMAD Laser-Tracking-Instrument zur Verhaltensänderung von Fliegen - Foto: IMP
Dank einer Entwicklung aus Wien können Körperteile von Fliegen im Flug gezielt mit Laser bestrahlt werden, um ihr Verhalten zu beeinflussen.

Seit einigen Jahren können Forscher mit Licht oder Wärme Aktivitäten in Zellen lebender Organismen ein- oder ausschalten. Bei sich bewegenden Fruchtfliegen war dies aber bisher aber nicht möglich. Eine von Wiener Forschern entwickelte, im Fachjournal "Nature Methods" vorgestellte Methode ermöglicht es, Laserstrahlen gezielt auf Fliegen im Flug zu richten und so ihre Zellaktivität zu untersuchen.

Lichtempfindliche Nervenzellen

Die Fruchtfliege (Drosophila Melanogaster) ist ein beliebter Modellorganismus in der Wissenschaft, etwa für die Erforschung bestimmter Abläufe im Gehirn. In den vergangenen Jahren wurden dafür zunehmend opto- oder thermogenetische Methoden verwendet. 2010 hat das Fachjournal "Nature Methods" die Optogenetik zur "Methode des Jahres" gewählt.

Dabei nutzen die Wissenschafter einerseits die Fähigkeit der Tiere, Licht bzw. Wärme wahrzunehmen. Zudem werden auf gentechnischem Weg licht- oder wärmeempfindliche Proteine etwa in Nervenzellen (Neuronen) geschleust, die zu feuern beginnen, sobald sie mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt werden oder die Temperatur erhöht wird. So prägen die Tiere bei der Bestrahlung mit Infrarotlicht und der damit einhergehenden Erwärmung auf 30 Grad Celsius bestimmte Merkmale aus bzw. legen ein bestimmtes Verhalten an den Tag, das sie bei 24 Grad Celsius oder weniger nicht haben.

Fliegen mit Laser verfolgen

Bis vor kurzem war es allerdings nicht möglich, die Aktivität von Zellen im Gehirn bewegter Fliegen gezielt zu beeinflussen. Andrew Straw vom Institut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien hat gemeinsam mit Kollegen von der Technischen Universität (TU) Wien und aus den USA mit FlyMAD ("Fly Mind Altering Device") eine Vorrichtung entwickelt, mit der die Positionen mehrerer bewegter Fliegen gleichzeitig mit einer Videokamera aufgezeichnet und bestimmte Körperregionen der Tiere gezielt mit hochfokussiertem Laserlicht bestrahlt werden können. Dies erlaubt ihnen, gezielt auch in die Abläufe im Gehirn von fliegenden Fliegen einzugreifen.

"Die Vorrichtung erlaubt uns, mit dem Laser den Kopf der Fliegen mit einer Genauigkeit von 0,2 Millimeter und den Körper mit einer Genauigkeit von 0,1 Millimeter zu verfolgen", sagte Straw gegenüber der APA. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden arbeitet FlyMAD zudem mit einer stark verbesserten zeitlichen Auflösung. Das "Ein-und Ausschalten" bestimmter Neuronen durch einen Laserstrahl und die damit einhergehenden Veränderungen im Verhalten der Tiere benötigen nur den Bruchteil einer Sekunde.

Ferngesteuerte Insekten

Die Wissenschafter konnten die Funktion der neuen Vorrichtung bereits unter Beweis stellen: Mit einem thermogenetischen Ansatz untersuchten sie erneut spezielle Neuronen, die sie in früheren Experimenten als wichtige Elemente für den Balzgesang der Fliegen identifiziert hatten. Durch die bessere zeitliche Auflösung der neuen Methode konnten die Forscher die Aktivität von Neuronen klarer zuordnen. So konnte nachgewiesen werden, dass ein bestimmter Neuronentyp im Fliegenhirn für lang anhaltendes Balzverhalten verantwortlich ist, während andere Zellen den Balzgesang steuern.

FlyMAD ermöglicht es auch, Experimente durchzuführen, bei denen Fliegen durch Licht und Wärme gleichzeitig aktiviert werden. Dadurch könnten verschiedene genetische Elemente in ein und derselben Fliege ein- und ausgeschaltet werden. Straw sieht darin "eine fantastische Möglichkeit, um unterschiedlichsten Fragestellungen beantworten zu können". So könnten die Wissenschafter in neuronalen Schaltkreisen untersuchen, in welcher Reihenfolge Zellen in einer Signalkaskade angeordnet sind.

(apa) Erstellt am 26.05.2014, 10:58

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