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07/19/2016 11:33

Neue Software zur Beobachtung einzelner Zellen

Dr. Ulrich Marsch Corporate Communications Center
Technische Universität München

    Gemeinsam mit Kollegen von der ETH Zürich haben Wissenschaftler am Helmholtz Zentrum München und der Technischen Universität München (TUM) eine Software entwickelt, die es erlaubt, einzelne Zellen über Wochen zu beobachten und gleichzeitig molekulare Eigenschaften zu messen. Sie ist frei verfügbar und wurde nun in ‚Nature Biotechnology‘ vorgestellt.

    Bestimmte Fragestellungen der modernen Zellbiologie können nur beantwortet werden, wenn ganz gezielt das Schicksal einzelner Zellen beobachtet wird. Forscher interessieren sich beispielsweise dafür, wie sich Stammzellen zu anderen Zelltypen weiterentwickeln. Da sich solche Prozesse aber teilweise über mehrere Tage erstrecken, ist die Analyse mit Standardmethoden, die oft nur einen einzigen Zeitpunkt des Prozesses messen, nicht ausreichend.

    Eine Lösung ist das Aufzeichnen und Analysieren sogenannter Zeitraffer-Mikroskopiefilme. Ein solcher Film besteht aus vielen Einzelbildern. Da sich die Zellen von einem Bild zum anderen nur geringfügig bewegen, können einmal identifizierte Zellen quasi kontinuierlich beobachtet werden.

    Diese Bildfolgen auszuwerten ist jedoch nicht trivial: „Auf der einen Seite müssen genug Bilder aufgenommen werden, um die Zellen nicht aus den Augen zu verlieren, auf der anderen Seite entstehen so enorme Datenmengen mit teilweise Millionen von Bildern“ erklärt Prof. Fabian Theis das bisherige Dilemma. „Es ging also darum, diese sprichwörtlichen Big Data für die Wissenschaft verwertbar zu machen.“

    Theis ist Inhaber des Lehrstuhls für Mathematische Modelle biologischer Systeme der TU München und Direktor des Institute of Computational Biology (ICB) am Helmholtz Zentrum München. Er leitete die Studie gemeinsam mit Prof. Dr. Timm Schroeder vom Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE) der ETH Zürich mit Sitz in Basel.

    Software online verfügbar

    Schroeder forschte bis 2013 selbst am Helmholtz Zentrum München und befasst sich seit langem mit der Dynamik von Stammzellen. Er wusste also bestens, was die neue Software können sollte: „Wir haben zwei separate Pakete geschnürt: ein manuelles Trackingtool und ein halbautomatisches Quantifizierungstool für Einzelzellanalysen in Zeitraffer-Mikroskopiefilmen. Beide zusammen erlauben die Messung von Eigenschaften wie etwa Länge des Zellzyklus, die Expressionsdynamik bestimmter Proteine oder Korrelationen dieser Eigenschaften zwischen Schwesterzellen.“

    Wenn es nach den Wissenschaftlern geht, sollen die neuen Möglichkeiten, die diese Programme bieten, möglichst vielen Forschern weltweit zur Verfügung stehen. Die Software ist daher unter diesem Link frei verfügbar.
    http://www.bsse.ethz.ch/csd/software/ttt-and-qtfy.html

    Und auch technische Hürden wurden so gut es ging beseitigt. „Unser Fokus lag darauf, die Anwendung auch für Forscher zu ermöglichen, die nicht über IT-Hintergrundwissen verfügen“, erklärt Schroeder. Die Anwendung scheint gut zu funktionieren: Zwei hochrangige Publikationen gehen bereits auf die ‚Spionagesoftware‘ für Zellen zurück.

    Original-Publikation:

    Hilsenbeck, O. & Schwarzfischer, M. & Skylaki S. et al.; A software for single-cell quantification of cellular and molecular dynamics in long-term time-lapse microscopy,
    Nature Biotechnology, 34, 703–706 (2016) – DOI: 10.1038/nbt.3626
    Link: http://www.nature.com/nbt/journal/v34/n7/full/nbt.3626.html

    Publikationen basierend auf der Software:

    A. Filipczyk, et. al.; Network plasticity of pluripotency transcription factors in embryonic stem cells. Nature Cell Biology, Oct 17, 2015, (10) 1235-46 – DOI: 10.1038/ncb3237
    Link: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26389663

    P. Hoppe, et. al.; Early myeloid lineage choice is not initiated by random PU.1 to GATA1 protein ratios. Nature, 535, 299–302, July 14, 2016 – DOI: 10.1038/nature18320
    Link: http://www.nature.com/nature/journal/v535/n7611/full/nature18320.html

    Kontakt:

    Prof. Dr. Dr. Fabian J. Theis
    Technische Universität München
    Lehrstuhl für Mathematische Modelle biologischer Systeme
    Boltzmannstr. 3, 85748 Garching, Germany
    Tel.: +49 89 289 18386 – E-Mail: theis@mytum.de

    Helmholtz-Zentrum München
    Institut für Computational Biology
    Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg, Germany
    Tel.: +49 89 3187 2211 - icb.office@helmholtz-muenchen.de
    Internet: http://www.helmholtz-muenchen.de/icb


    More information:

    http://www.bsse.ethz.ch/csd/software/ttt-and-qtfy.html - Link zur Software
    http://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/kurz/article/33269/ - Link zur Pressemitteilung


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    Eine neue Software ermöglicht die Beobachtung der Entwicklung einzelner Zellen
    Eine neue Software ermöglicht die Beobachtung der Entwicklung einzelner Zellen
    Bild: Carsten Marr / TUM/HMGU
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    Criteria of this press release:
    Journalists, Scientists and scholars, Students, all interested persons
    Biology, Chemistry, Information technology, Mathematics
    transregional, national
    Research results, Scientific Publications
    German


     

    Eine neue Software ermöglicht die Beobachtung der Entwicklung einzelner Zellen


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