Modellorganismen in der Forschung

Modellorganismen sind Spezies, mit denen Forscher bestimmte biologische Vorgänge untersuchen. Sie haben genetische Ähnlichkeiten mit Menschen und werden häufig in Forschungsbereichen wie Genetik, Entwicklungsbiologie und Neurowissenschaften eingesetzt. Modellorganismen werden typischerweise aufgrund ihrer einfachen Haltung und Vermehrung in einer Laborumgebung, kurzer Generationszyklen oder der Fähigkeit zur Erzeugung von Mutanten zur Untersuchung bestimmter Merkmale oder Krankheiten ausgewählt.

Modellorganismen liefern wertvolle Einblicke in biologische Systeme auf Zell-, Gewebe-, Organ- und Systemebene. Es gibt verschiedene Arten von Modellorganismen, die sich in ihrer Komplexität und Verwendung unterscheiden. Kleine, einfache Organismen wie Hefe werden typischerweise zur Untersuchung von Genmutationen bei Krebserkrankungen beim Menschen verwendet, während die Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) und der Zebrafisch (Danio rerio) ideal für die Untersuchung der Genetik und der Entwicklung von Krankheiten sind. Mausmodelle werden ebenfalls in großem Umfang in der biomedizinischen Forschung genutzt um Krankheitsverläufe zu untersuchen und neue Arzneimittel zu entwickeln.

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Leica Microsystems: Modellorganismus-Mikroskopie

Gehen Sie von der Übersicht bis ins Detail, um mit flexiblen Bildgebungssystemen von Leica Microsystems das Verständnis Ihrer Modellorganismen zu verbessern.

Leica Microsystems bietet innovative Mikroskopielösungen für eine optimale Bildqualität. Diese Lösungen sind auch bei großen und komplexen Proben wie Modellorganismen anwendbar und umfassen Plattformen für das Screening und die Manipulation.

Mouse embryo

Mouse embryo with THUNDER Imager Model Organism

Neurofilaments stained in red to assess neuronal outgrowth in E12-14 mouse. The mouse was uncleared. Courtesy of Yves Lutz, Centre d’imagerie, IGBMC, France.

Mikroskopie für die Modellorganismusforschung

Modellorganismen sind in den meisten Fällen groß, komplex und dicht, was problematisch sein kann. Daher besteht ein Bedarf an flexiblen Mikroskopsystemen, um die Untersuchung dieser Proben zu ermöglichen. Traditionell sind für die Untersuchung von Modellorganismen verschiedene Mikroskopietechniken erforderlich - von Stereomikroskopen, die eine makroskopische Analyse und Manipulation von Proben wie Zebrafischen ermöglichen, bis zu Multiphotonenmikroskopen, die eine hohe Eindringtiefe bei der Untersuchung großer lebender Organismen ermöglicht.

Bei diesen dickeren Proben ist die konfokale Mikroskopie die Methode der Wahl, um Details in der Tiefe zu erkennen und unscharfe Signale zu vermeiden. Sie ist jedoch normalerweise mit mehreren Herausforderungen verbunden, wie z. B. geringen Geschwindigkeiten und Ausbleichen der Farbstoffe aufgrund der hohen Laserleistung.

Innovative Techniken wie die Lichtblattmikroskopie werden bei der Abbildung dieser lichtempfindlichen Proben in 3D dank ihrer geringen Phototoxizität immer wichtiger.

Cerebral cortex and hippocampus of adult Thy1-YFP-H mouse brain slice cleared with SeeDB2G. Images courtesy of Dr. Meng-Tsen Ke and Dr. Takeshi Imai, RIKEN Center , Kobe, Japan

Herausforderungen bei der Abbildung von Modellorganismen

Die Arbeit mit Modellorganismen ist sehr heterogen und daher sind die Herausforderungen bei der Verwendung von Mikroskopietechniken unterschiedlich, je nachdem, ob sie für dynamische Studien oder für die Untersuchung molekularer Ereignisse eingesetzt werden, aber sie können auch von der Komplexität der verwendeten Modellorganismen abhängen, die von den wenigen Zellen eines C. elegans bis zu großen komplexen Tieren wie der Maus reichen.

Ein häufiges Problem bei der Abbildung von Modellorganismen ist die Durchsatzgeschwindigkeit. Aufgrund der Größe der Probe kann die Bildgebung lange Aufnahmezeiten und die Analyse vieler Bilder erfordern um einen vollständigen Datensatz zu erhalten, was insgesamt die experimentelle Effizienz verringert. Die Geschwindigkeit der Erfassung ist auch ein Problem bei der Abbildung lebender Modellorganismen, da Phototoxizität und Schäden durch das Anregungslicht zu einer Störung der Physiologie der Probe oder sogar zum Tod von Zellen oder Proben führen können. Schließlich können Bildgebungspunkte in den tiefen Schichten der Probe auch Bildartefakte und Unschärfen mit sich bringen.

Zebrafish posterior lateral line primordium migration. Membranes: cyan GFP: Nuclei: magenta, tdTomato. Imaging performed with resonant scanner, Dynamic Signal Enhancement and LIGHTNING. Sample courtesy: Jonas Hartmann, Gilmour Group, EMBL Heidelberg.