Es gibt so Momente, von denen bin ich völlig fasziniert. Zum Beispiel, wenn sich zwei Wissenschaftler über ihre Forschung unterhalten, eine Idee entwickeln. Ich muss gar nicht verstehen, um was es im Detail geht.

Ich mag dieses Hin und Her der Argumente, das Abwägen, das Verteidigen, aber auch Kritisieren der eigene These, das Zuhören, das Fasziniert sein von den eigenen Ergebnissen, um im selben Moment zu versuchen, sich selbst auf den Boden zurück zu holen, das Stocken, das Nicht-Verstehen, das Brett-vor-dem-Kopf-haben, das Kämpfen für das Verständnis des Anderen, das verwegene Abheben, das über etwas Neues reden, das in diesem Moment vielleicht nur diese beiden teilen und sonst niemand auf der Welt.

Das kann man nur schlecht in schriftlicher Form widergeben. Deshalb habe ich gestern die Gelegenheit genutzt Sven (Biologe, Postdoc) und Falk (Physikstudent, Diplomand) bei einem solchen Gespräch zu belauschen und das aufzunehmen.

Das Gespräch hat mehr als eine Stunde gedauert, ich habe nur ein paar Minuten mitgeschnitten. Hier sind eineinhalb Minuten daraus (beide sind mit der Veröffentlichung einverstanden).

Aufgenommen habe ich das ganze mit meinem MacBook. Deshalb ist die Qualität nicht besonders (im Hintergrund rauscht hier die ganze Zeit die Lüftung), dafür authentisch.

Sie saßen vor dem Bildschirm und betrachteten eigenartig schöne Bilder, von dem ich hier einen Ausschnitt zeige (und von dem ich nicht wirklich weiß, was es ist). Sie saßen davor, redeten darüber. Ab und zu zeigte einer von beiden auf bestimmte Stellen im Bild oder sie wechselten zu einem ähnlichen Bild.

Hier das ganze Bild, das auf einem 24 Zoll Bildschirm etwas beeindruckender aussieht.

Irgendwie toll, oder? Ich hätte Stunden zuhören und zuschauen können - ohne ein Wort zu verstehen.

Ich hatte beschrieben wie Nicola eine neue Zelllinie der Spalthefe gezüchtet hatte. Er will ja den Einfluss der Mikrotubuli auf die Bewegung des Zellkerns untersuchen. Wir suchten einen Namen für das "Kind" und erhielten eine Reihe von Vorschlägen. Dafür erstmal: Danke. Hier ist die Liste der Nominierten:

Schizosaccharomyces pombe specialissimus
Schizosaccharomyces pombe anhaeuseri
Leuchtzwerg
Stupser
Exzentriker(n)
Heiner/Heine
Guido
Spombe Postdocnicolae
Spombe Karyondystop
Spombe Nucleoreptum
Spombe Microtohuwabohubulii
Bundeshefe
Lumi sylvaticus
Schizosaccharomyces pombe albinum berlinensis
S. pab

Entschieden haben wir uns für die Nummer 2: Schizosaccharomyces pombe anhaeuseri.

Muss ich das begründen ;-)

Aber bevor jetzt der Rausch der Kommentatoren über mich herzieht. Letztendlich wird in der Liste der Veröffentlichungen nicht dieser Name stehen. Viel zu lang. Außerdem handelt es sich bei einer solchen Zelllinie nicht um eine neue Art, Unterart, Rasse oder ähnliches (das hätte ich vielleicht mal erklären sollen), deswegen kann man den lateinischen Namen gar nicht verwenden. Es ist nur eine neue Zelllinie, sozusagen weniger als eine Rasse oder Unterart.

Am Ende landet deshalb schlicht eine Abkürzung in der Datenbank: SPA. Ihr und wir wissen, welcher Name dahinter steckt, doch der Rest der Welt, hat keine Ahnung. (Und auf die erste Art oder Unterart mit meinem Namen muss die Welt noch warten. Offenbar gibt es so etwas tatsächlich noch nicht.)

Wie auch immer (oder wie es so oft in wissenschaftlichen Artikeln heißt: However): Jetzt das Kind zwar einen Namen, doch nicht alle Geschichten enden mit einem Happy End. SPA wird vorerst keine große Karriere in der Wissenschaft machen - sondern auf Eis gelegt. Die neue Linie hat sich als nicht ganz so brauchbar erwiesen wie gehofft.

Mal ganz einfach gesagt: Die Mikrotubuli-Bündel sind in einer bestimmten Phase des Zellzyklus' - der Interphase - dicker als sie sein sollten, außerdem anders angeordnet, als erhofft. Das Problem dabei: Die Interpretation von Ergebnissen wird damit schwierig. Es wird einfach schwieriger herauszufinden, woran etwas liegt. An den durch die Züchtung erwünschten Unterschieden zum Wildtyp oder an den unerwartet entstandenen. Blöd das, wie man so sagt.

Also hat Nicola entschieden, den ganzen Ansatz zu verwerfen. Er versucht jetzt auf andere Weise den Einfluss der Mikrotubuli auf die Bewegung des Zellkerns zu untersuchen. Es geht wieder von vorne los. Neue Züchtung, neues Imaging unter dem Mikroskop. Zwei Monate Arbeit für die Katz', mehr oder weniger. So läufts.

Bei all der Faszination, die von dieser Forschung an den winzigen Zellen und ihren Mikroröhrchen ausgeht: In der täglichen Arbeit gibt es natürlich auch immer mal wieder Arbeitsschritte, die nicht ganz so spannend sind.

Nicola zum Beispiel durchsucht gerade Videos, die er von Zellen aufgenommen hat, (die Filme sehen aus wie die, die wir schon kennen). Er möchte wissen, wie schnell Mikrotubuli wachsen. Dazu hat er einen Film mit Zellen zusammengestellt, der alles in in allem etwa eine Stunde lang ist. Den spult er Stück für Stück vor und sucht nach Zellen, in denen das Wachstum der Mikrotubuli schön d.h. definiert zu erkennen ist. Dann markiert er auf dem Mikroröhrchen einen Wachstums-Startpunkt, einen zweiten Punkt und den Endpunkt und kopiert den Ausschnitt in seine Datenbank. Auf diese Weise möchte er etwa fünfzig Fälle sammeln.

Das heißt: Fünfzig Mal einen schön wachsenden Mikrotubulus finden, den Anfangspunkt markieren, zum nächsten Bild springen, den nächsten Punkt markieren, zum nächsten Bild springen, den Endpunkt markieren.

Die große Zahl ist nötig, um ein ordentliche Stichprobe für eine aussagekräftige Statistik zusammenzubekommen.

Aber wie misst man die Wachstumsgeschwindigkeit von Mikrotubuli?

Man lässt den Computer Pixel zählen.

Wenn Nicola den richtigen Mikrotubulus gefunden hat, markiert er wie schon beschrieben den Anfangspunkt, einen zweiten Punkt und einen Endpunkt. Definiert werden die Abschnitte durch die Einzelbilder des Films, die im Abstand von 30 Sekunden aufgenommen werden.

Im ersten Bild (siehe unten) markiert Nicola den Startpunkt (per Mausclick auf die Mikrotubulispitze), beim zweiten Bild, das 30 Sekunden später entstanden ist, ist das Röhrechen bereits ein Stück gewachsen. Nicola markiert erneut die Spitze, um schließlich im dritten Bild den Endpunkt festzuhalten. Mit diesen drei Punkten berechnet der Computer die Wachstumsgeschwindigkeit der Mikrotubuli.

Das Maßband, mit dem die Software die Distanz misst, die das Proteinröhrchen innerhalb von 30 Sekunden wächst, sind die Bildpixel. Jedes Pixel hat eine Größe von 0,1 Mikrometer. Vereinfacht gesagt: Die Software zählt die Pixel, die die Mikrotubulispitze vom Startpunkt in Bild 1 zum Punkt in Bild 2 und schließlich in Bild 3 zurück gelegt hat.

Bild: Ein Ausschnitt aus Bild 2, unterhalb der Pfeilspitze.

Da bekannt ist, welche Zeit das Proteinröhrchen für die Pixelstrecke von Startpunkt bis zum Endpunkt benötigt (nämlich eine Minute), kann sie daraus die Geschwindigkeit berechnen.

Das ganze Wachstum sieht übrigens im Film so aus wie unten eingeblendet. Der Film läuft zu schnell und außerdem in einer Schleife.

Tatsächlich wachsen die Mikrotubuli im Durchschnitt etwa zwei Mikrometer pro Minute (oder mehr als 0,1 Millimeter pro Stunde, ein Haar wächst laut Wikipedia 0,3 Millimeter pro Tag), manche sind doppelt, manche halb so schnell. Im Bild legt der Mikrotubulus also durchschnittlich etwa 20 Pixel von Bild 1 bis Bild 3 zurück.

Auf dieselbe Weise kann man auch die Bewegung des Zellkerns untersuchen. Da das ständige Heraussuchen und Markieren tatsächlich aber nicht sehr aufregend ist, hatte sich Nicola bereits mit einem Programmierer zusammengesetzt und dafür eine Programmroutine erstellen lassen, bei der das händische Markieren der Zellkerne entfällt. Für die Geschwindigkeitsbestimmung der Mikrotubuli steht das demnächst an.

Computer kennen eben keine Langeweile.

Es geht auch mal was schief hier im Labor. Zu Beispiel neulich als jemand einige Zellstämme bei minus 20 Grad statt bei minus 80 Grad eingefroren und gelagert hatte. Fatal.

Doch wo ist da eigentlich das Problem? Gefroren ist doch gefroren.

Das praktische an den Zellen ist ja: Man kann sie einfrieren, lange lagern und wieder auftauen und damit bei Bedarf zum Leben erwecken. Eigentlich eine faszinierende Sache.

Kälte an sich ist eigentlich nicht unbedingt das Problem. Der Stoffwechsel verlangsamt sich und irgendwann ist alles erstarrt. Tödlich sind die Eiskristalle, die sich in der Zelle bilden. Sie zerstören um so mehr, je größer sie werden.

Es gibt eine Möglichkeit, die zerstörende Kraft der Kristalle einzudämmen. Damit sie wachsen können, brauchen Kristalle Zeit. Wenn man ihnen diese aber nicht gibt, breiten sie sich erst gar nicht aus.

Lösung: Man friert die Zellen möglichst schnell ein. Das erreicht man schon, indem man sie in einem Kühlschrank stellt, der minus 80 Grad kalt ist und nicht minus 20 Grad (das entspricht etwa einem vier Sterne Gefrierfach eines Haushaltskühlschrank).

Nicola zeigt mir den Unterschied. Er füllt zwei Tubes mit Wasser. Einen stellt er in den minus 80 Grad kalten Gefrierschrank, einen in den mit minus 20 Grad. Nach fünf Minuten holt er beide raus. Das Wasser aus dem wärmeren Schrank ist noch flüssig, das aus dem kälteren fest gefroren.

Merke: Je schneller etwas eingefroren wird, desto weniger und desto kleinere Kristalle bilden sich.

Minus 80 Grad ist auch für die Langzeitlagerung besser geeignet. Denn auch wenn wir uns im Minusbereich der Celsius-Skala befinden, minus 20 Grad ist eben deutlich wärmer als minus 80 Grad. Wir sind noch ziemlich weit vom absoluten Nullpunkt weg (minus 273 Grad Celsius), bei dem (theoretisch) jedes Atom zum Stillstand kommt.

Durch unsere Fixierung auf die Celsiusskala und den Gefrierpunkt von Wasser, übersieht man leicht, dass zwischen minus 80 Grad und minus 20 Grad schon noch ein deutlicher Unterschied besteht. Man denkt vielleicht: "Okay, das Wasser ist gefroren, was soll sich da jetzt noch bewegen, ist doch egal, ob etwas minus 80 oder minus 20 Grad hat."

Schaut man aber auf die Kelvinskala (die Temperaturskala, die Wissenschaftler normalerweise verwenden), verschwindet das Minus-Zeichen. Dann sind es entweder 193 oder 253 Grad Kelvin (minus 80 bzw. minus 20 Grad Celsius). Das verdeutlicht schon eher, dass das eine tatsächlich 60 Grad wärmer ist als das andere. Und dass bei 253 Grad Kelvin mehr Energie im System steckt (die auch in einer so kalten Zelle noch mehr Prozesse unterhält) als bei 192 Grad Kelvin (und sie damit altern lässt, wenn auch extrem langsam).

Wie groß hier das Ausmaß der Zerstörung durch die Eiskristalle ist, ist noch nicht raus. Es gab 30 Stämme, etwa zwei bis drei Monate Arbeit. Die ersten Wachstums-Versuche zeigen, dass sie ziemlich gelitten haben. Zum Glück gibt es aber "Backups" dieser Stämme. Die lagern bei vier Grad - Celsius, nicht Kelvin.

Manuel: "Ich war gestern den ganzen Tag im Labor."
Ich: "Oh."

Manuel: "Und am Samstag auch."
Ich: "Oh."

Manuel: "Aber es hat sich gelohnt. Ich habe richtig gute Ergebnisse bekommen. So müssten Wochenenden immer sein."

"Ein Bild sagt mehr, ... " diesen Satz kann wahrscheinlich jeder vervollständigen. Auch wenn Wissenschaftler eine Menge zu schreiben haben, etwa für Fachartikel oder Poster, immer wieder lassen sich bestimmte Vorgänge besonders gut in einer Grafik darstellen. Wenn diese auf das Wesentliche beschränkt werden, verdeutlicht eine gute Grafik mehr als tausend Worte, oder fasst es zumindest gut zusammen.

Hier im Tolic-Lab gibt es eine Mitarbeiterin, die ausschließlich für die Grafiken zuständig ist: Ivana Saric. Ihr Job ist es, Bilder zu entwerfen, in denen auf einen Blick zu erkennen ist, welche Prozesse in der Zelle ablaufen. Dass ein Labor eine eigene Mitarbeiterin hat, die sich exklusiv um die Bildarbeit kümmert, ist nicht der Normalfall. Meist plagen sich Wissenschaftler selbst damit ab oder geben es an eine eigene Abteilung des Instituts (die es hier auch gibt).

Ivana ist eigentlich Bauingenieurin - und damit ziemlich gut geeignet für den Job. "Normalerweise arbeite ich mit CAD-Programmen usw. Ich bin es also gewohnt Grafiken zu erstellen. Nur eben nicht von Zellen." Sie ist mit Gastwissenschaftler Nenad Pavin verheiratet. Seit einem Jahr arbeitet sie im Tolic-Lab als Grafikerin.

Ivana erstellt die Grafiken nicht mit CAD-Programmen, sondern mit Adobe Illustrator. Da brauchte sie anfangs zwar ein in wenig Einarbeitung. Aber Spalthefezellen sind grafisch nicht so aufwändig wie eine Bauzeichnung, also hielt sich der Lernprozess in Grenzen.

Als Vorlage dienen ihr meist die kurzen Filme (oder Bildausschnitte daraus), die ihre Kollegen von den Zellen erstellen. "Das geht schneller als wenn mir das jemand erklärt", sagt Ivana. Ein Physiker legt bei seiner Erklärung andere Schwerpunkte als ein Biologe, das macht es nicht unbedingt leichter. Bei einem Film sieht man sofort, um was es geht.

Sie macht zuerst einige Entwürfe, zeigt sie dem jeweiligen Wissenschaftler. Dann geht es hin und her. "Es ist ein ständiges polieren und verbessern", sagt sie. Vor allem für die meist kleinen Grafiken in den Fachzeitschriften ist es wichtig, alles möglichst einfach und prägnant darzustellen. Bei den Farben orientiert sie sich an den Foto- und Filmvorlagen: Sind die Mikrotubuli grün gefärbt, sind sie auch in der Grafik grün, sind die Motorproteine rot, werden sie in der Grafik rot. Damit kann der Betrachter sofort den Bezug zu den Filmsequenzen herstellen, die in den Artikeln oder Postern meist ebenfalls dargestellt sind.

Für die Grafiken als Bauingenieurin waren die richtigen Maße natürlich entscheidend. Bei den Hefezellen ist das nicht so wichtig. Es geht nicht darum das ganze auf den Mikrometer genau darzustellen. Sie lässt sich von den Kollegen aber in etwa die Größenverhältnisse geben. "Die Proportionen z.B. von Zellkern zu Zelle müssen schon stimmen", sagt sie.

Für Grafiken und Diagramme in Fachartikeln geben die Verlage einige Parameter genau vor: "Da ist zum Beispiel der Schrifttyp vorgeschrieben, den man für die Beschriftung verwenden darf". Auch die Größe und die Anzahl der Grafiken und Diagramme ist vorgeschrieben. Die Vorgabe sind von Magazin zu Magazin verschieden.

Ivana hatte kürzlich ihr eigenes kleines Erfolgserlebnis. Sie hat nach einem Jahr zum ersten Mal ihre Grafiken in großer Projektion gesehen, beim Ivas Vortag während der Evaluation. Fazit: Sie war zufrieden mit ihrer Arbeit: "Ja, die Grafiken sind wirklich gelungen", sagt sie mit einem zufriedenen Lächeln.

In der unteren Grafik hat Ivana zum Beispiel dargestellt, was ich hier auf dem Blog schon mal als Film gezeigt hatte: Zwei Zellen verschmelzen und entwickeln Sporen, um harte Zeiten zu überstehen.

Sinn des Ganzen ist die Einordnung eines Phänomens, das hier in der Arbeitsgruppe erforscht wird, und das in der Grafik als "Nuclear oscillations" bezeichnet wird. Dies ist ein Hin- und Herbewegen des Zellkerns innerhalb des Zellkörpers. Im Englischen werden diese Oszillationen auch als "Horsetail-Movements" bezeichnet, also Pferdeschwanz-Bewegungen. Die erste Grafik oben lässt schon erahnen, warum das so heißt.

Es noch nicht klar, warum der Zellkern so durch die Zelle flitzt. Wahrscheinlich dient es dazu, das paarweise Anlagern der Chromosomen aus beiden Zellen zu unterstützen, damit diese ihre Gene austauschen können (Rekombination).

Ivana hat das auch in einer Grafik dargestellt. Die roten und blauen Kringel stellen schematisch Chromosomen dar, auf denen sich die jeweiligen Gene (symbolisiert als Kugeln) nebeneinander lagern. Diese, wie auch die anderen Grafiken, sind schöne Beispiele für Darstellungen, die dem Satz folgen: Weniger ist mehr. Denn natürlich gibt es in der Zelle noch viel mehr als nur das dargestellte. Doch das würde nur ablenken.

Grafiken: Tolic-Lab, Ivana Saric, Foto: Anhäuser

Ich habe mich in den letzten Wochen so daran gewöhnt, dass hier Wissenschaftler eher selten mit Kitteln zu sehen sind, dass ich heute ganz überrascht war, einen zu sehen.

In der Lobby unten, wo auch Stühle und Tische stehen, wo man nach dem Essen gerne sitzt, um noch einen Kaffee zu trinken, stand plötzlich eine Frau.

Mit weißem Kittel. Weißen Hosen. Und weißen Schuhen.

Eine Labor-Wissenschaftlerin wie sie im Buche steht ...

Nö. War gar nicht aus dem Institut.

War aus der benachbarten Uniklinik. Eine Ärztin.

HatDie essen hier in der Kantine zu Mittag gegessen.

Ob das ihr Ausgehkittel war?

Foto: Wikipedia

Ich möchte noch aus dem Leben eines Doktoranden berichten, eine Kollektion von Grafiken zeigen, etwas zu den Methoden hier erklären und mehr.

Bleibt also gespannt an den Empfangsgeräten und wundert Euch nicht, wenn ein Ruf eines Postdocs durch's Labor erschallt wie:

"Wer hat die fission yeast nur auf minus 20 Grad gelagert statt auf minus 80!"

Hier gibt's nicht nur Biologen. Auch wenn ich im MPI für molekulare Zellbiologie und Genetik bin, das Forschungsobjekt in diesem Labor ein Hefepilz ist und einfach alles nach Biologielabor aussieht (Petrischalen usw.).

Eine der ersten Überraschung war: Fast die Hälfte der Mitarbeiter ist von Hause aus Physiker. Auch wenn Laborleiterin Iva Tolic-Norrelykke selbst Biologin ist, so kommt Postdoc Nicola Maghelli aus der Physik, genau wie Doktorand Manuel Neetz, die beiden Diplomanden Bernhard und Falk sowie die Gastwissenschaftler Nenad und Vladimir.

Also nutze ich die Gelegenheit nachzufragen, was denn die beiden Forschungsrichtungen auszeichnet, was die einen besser können als die anderen. Oder anders: Warum gibt es hier eigentlich so viele Physiker (frage ich, der ich selbst Bio studiert habe).

Das Gefühl für den Organismus

Biologen sind die Hüter des Forschungsobjekts. "Wir haben das richtige 'Gefühl' und das Wissen wie man mit lebenden Organismen umgeht. Wir wissen, wie man die Hefen glücklich macht", sagt Postdoc Sven. Die Biologen sind diejenigen, die sich mit den Zellkulturen auskennen. Sie haben gelernt wie man neue Zellstämme kreiert, weil sie mit Techniken wie PCR, Klonierung oder Züchtung vertraut sind. "Sie können besser Zelltypen und -stadien unterscheiden, erkennen eher was normale und abnormale Prozesse innerhalb der Zelle sind", sagt Iva. Was nicht bedeutet, dass Physiker das nicht könnten. Mit der Zeit lernen sie es auch.

Physiker sind Experten, wenn es darum geht die Daten zu analysieren. Sie sind die Meister der Zahlen und Diagramme, die Datenanalyzer: Sie wissen wie man Dinge berechnet, sie suchen die quantitativen Antworten. Sie werten das Bildmaterial aus und entwickeln neue experimentelle Set-ups.

Vielleicht hilft einem das weiter, um den Unterschied zwischen beiden Welten z verstehen:

Biologen sehen sich ein Bild an. Physiker werfen lieber einen Blick auf die dazu passende Kurve.

Biologen suchen nach Mustern im Bild oder Filmmaterial und versuchen die Prozesse, die sie kennen, wiederzuerkennen. Die Physiker sehen die Diagramm und Kurven und scheinen die Zahlen dahinter zu sehen.

Der Blick auf das Ganze und die Details

Doktorand Miguel Coelho ist Biochemiker. Er sieht sich ein bisschen zwischen beiden Lagern stehen. Von dieser warte aus, blickt er auf beide. "Biologen interessieren sich mehr für das allgemeine Verhalten, während Physiker dazu neigen Details und einzelne Mechanismen zu untersuchen." Es ist vielleicht auch ein Sache des Blickwinkels. Die einen gucken von unten, Bottom-up, die anderen von oben, Top-down.

Manuel Neetz, Doktorand: "Wenn man neu ist, könne wir durch selbstgeschrieben Programme, technische Entwicklungen und theoretische Modelle unseren Beitrag leisten." Die Biologen seien diejenigen, die die Fragen stellen, die die Probleme und Projekte, die es zu erforschen gilt, aus der profunden Kenntnis des Organismus definieren.

In der Gruppe schlägt sich das so nieder, dass die Datenauswertung meistens zusammen mit einem Physiker gemacht wird. Physiker sind auch diejenigen, die oft bei Planung der Experimente hinzugezogen werden. Sie wissen am besten, welche Mikroskope, mit welchen Einstellungen geeignet sind.

"Ich glaube, es ist leichter sich in Biologie einzuarbeiten als in die Physik. Das Wissen ist weniger hierarchisch und man braucht keine Mathematik", sagt Manuel. Wenn es allerdings darum gehe ganz praktisch Genetik oder Biochemie im Labor zu betreiben, sei die Erfahrung im Labor, die Biologen meist schon haben, durch kein theoretisches Wissen zu ersetzen.

Das andere Plus und Minus

Auch wenn es für einen Physiker einfacher zu sein scheint, sich in die Biologie einzuarbeiten als umgekehrt, gibt es durchaus ein paar Verständigungsprobleme. Niocla erinnert sich amüsiert: "Mich irritierten anfangs die Bezeichnungen der Mikrotubuli, die ja ein plus- und ein minus-Ende besitzen. Das verwirrte mich, weil ich mir nicht erklären konnte, was das mit Elektrizität zu tun haben sollte." Biologen geben damit die Richtung des wachsenden Proteinfilamentes an.

Ein Punkt, den ich von Physikern immer wieder höre, ist die Komplexität eines Lebewesens mit dem sie zu kämpfen haben. Physiker mögen es, alles auf das notwendigste zu beschränken. Sie wollen klassischerweise Komplexität aus einem System herausnehmen (haben aber natürlich inzwischen auch Tools entwickelt, um ihrer Herr zu werden.) Diplomand Bernhard Sebastian: "Den Ausgang von Experimenten kann man daher in der Physik vergleichsweise gut abschätzen. Passiert etwas unvorhergesehenes kann man das im Nachhinein recht gut erklären."

Bei einem Lebewesen wird das schwierig. Habe man eine lebende Zellen vor der Nase, gehe all das exakte Wissen samt Theorien "zum Teufel". "Obwohl die Mischung stimmt, weiss man oft nicht so genau was passieren wird", sagt Bernhard. Und noch öfter klappe einfach gar nichts. Ursache könnte dann alles mögliche sein: Von einer vergessenen Zutat bis zur Abstrahlung des Handys auf dem Schreibtisch.

Was Biologen alles mit so komplexen Gebilden wie Zellen machen, verblüfft ihn immer wieder, sagt Bernhard. "Es ist mir oft ein Rätsel", gibt er zu. "Sie kennen Verfahren und Dinge, die sich meinem Weltbild entziehen." Das kann mancher Biologe sicher auch von der Welt der Physiker behaupten.

Wenn man beide erfolgreich zusammenbringe, sagt Miguel, bekomme man neues Wissen und ein Verständnis biologischer Phänomene, die von sorgfältiger statistischer Analyse in einem relevanten biologischen Kontext getragen werden. Oder um es kurz zu machen: "Wenn Du beides kombinieren kannst, bekommst du den perfekten Wissenschaftler für die Life Sciences", sagt Sven.

Nachtrag 24.11.:
War mir bisher gar nicht aufgefallen. Auch wenn das hier eine einzige Arbeitsgruppe ist, wird hier schon unterschieden. Es gibt die "bio-people" und es gibt die "physics-people". In den Kurzvorträgen am Montag im Gruppenseminar tragen entweder die "bio-people" vor oder die "physics-people".

Ich wollte von ihr wissen, wie sie sich in das neue Gebiet einarbeitet und welche Unterschiede es zu ihrem alten Labor gibt.

Petrina, Du hast in deinem alten Labor auch schon an Zellen gearbeitet. Was hast Du da erforscht und was gehst Du hier an?
Ich habe innerhalb eines molekularen Ablaufs, der auf dem Weg zum Zelltod angestoßen wird, ein wichtiges Molekül unter die Lupe genommen. Das war Thema meiner Doktorarbeit.

Hier im Labor geht es jetzt um Zellteilung. Da schaue ich mir die ersten Schritte an, wenn sich die Chromosomen im Zellkern aneinander lagern. Wir wollen wissen, was da genau passiert, wie das abläuft.

Wie arbeitest Du dich an das neue Thema ran?
Ich hatte mir schon die Homepage angesehen, die sehr detailliert ist. Da gibt es eine schöne Einleitung ins Thema. Dort habe ich mir die aktuellsten Fachartikel angesehen, die die Gruppe produziert hat, um einen Eindruck der Arbeit hier zu bekommen. Als klar war, dass ich hier anfange, habe ich erst noch mal meinen Alberts (ein dickes, tolles Lehrbuch der Molekularbiologie der Zelle, Anm. von mir) und andere Unilehrbücher rausgesucht und mir die Basics der Hefegenetik angesehen. Das habe ich ja zuletzt während des Studiums gesehen.

Ich habe mir jetzt noch mal genauer angeschaut wie der Lebenszyklus bei Hefen abläuft, einfach um zu wissen, was wann passiert, wie sich die Zelle teilt usw.? Wie sieht das mit der Meiose aus? Die unterscheidet sich aber nicht so stark zwischen Hefezellen und Säugerzellen wie man vermuten könnte. Dieser grundlegende Schritt hat sich in der Evolution nicht so sehr verändert.

Das ist aber alles noch eher allgemein, oder?
Ja, dann taste ich mich an den Organismus speziell heran. Das mache ich mit Reviews, also den Übersichtsartikeln, die sich mit der Spalthefe befassen. Es wird immer spezieller. Dann lese ich Paper zum Projekt. Da geht es dann z.B. um Klonierung, also das Einführen neuer Genen, die den Zellen neue Eigenschaften verleihen.
Ich muss ja zum Beispiel den grünen Fluoreszenzfarbstoff GFP an bestimmte Stellen ins Genom einbauen. Jetzt schau ich erstmal, ob das schon jemand gemacht hat, gibt es die irgendwo in der weltweiten Community? Oder muss ich das alles selbst machen? In dem Fall suche ich mir die DNA-Sequenzen raus und bestelle dann Primer für eine PCR. Wenn die schon jemand hat, dann versuch ich die Kollegen anzuschreiben, ob sie mir die Zelllinie schicken.

Also erstmal viel lesen. Wie sieht es mit neuen Labortechniken aus?
Das muss ich im Detail noch mal sehen, aber es ist recht ähnlich. Die Hefezellen wachsen genau wie die Säugerzellen in Petri-bzw. Plastikschalen mit einem Nährmedium. Da das alles bei mir aber schon ein bisschen her ist, seit ich im Labor war, muss ich einfach ein paar Dinge auffrischen. Die ganze Handhabung und so. Ich schau mir noch mal Sachen an wie: Wie kultiviere ich Hefezellen? Wie schnell wachsen sie? Wie schnell teilen die sich? Ich habe so was lange nicht mehr in der Hand gehabt. Und in den Humanzellkulturen waren Hefezellen Kontaminationen, die haben da nur gestört. Da wollten wir die natürlich nicht haben.

Wie sieht's mit dem Mikroskopieren aus?
Von der Herangehensweise ist es dasselbe, nur dass die Spalthefezellen natürlich viel kleiner sind. Ansonsten wird das ähnlich sein wie bei den Humanzellen. In Dublin habe ich auch mit einem konfokalen Fluoreszenzmikroskop gearbeitet. Allerdings sind die hier noch besser ausgestattet, um Fotos und Filme aufzunehmen. Man kann die Proben über Nacht völlig automatisiert laufen lassen, über Stunden, ohne dass die Zellen kaputt gehen, weil es dafür spezielle Vorrichtungen für die Lebensbedingungen der Zellen unter dem Mikroskop gibt. In Dublin ging das zwanzig Minuten lang, dann waren die Zellen kaputt.

Wie willst Du da vorgehen?
Ich werde mir die Zellen einfach mal eine Zeit lang unter dem Mikroskop anschauen. Beobachten, was sie so tun. Ich möchte auch eine Zeitrafferaufnahme machen über ein paar Stunden und mir den Film in Ruhe ansehen, um ein Gefühl dafür zu entwickeln, was da so passiert.

Was schätzt Du: Wie lange brauchst Du für das Einarbeiten?
So etwa ein halbes Jahr bis ich so wirklich drinstecke, bis ich wirklich weiß, wo alles steht, wie die Arbeitsroutinen sind, wie morgens meine ersten Handgriffe sind. Bis ich alle Leute kenne, bis sich mein Tagesablauf eingespielt hat; ob ich morgens erstmal ein Paper lesen und mich an die Bench (der Laborplatz, Anm. von mir) setze.
Es gibt aber einen großen Unterschied zu meiner Zeit in Dublin: Ich habe jetzt Kinder. Das heißt mein Zeitsprektrum ist begrenzter. Ich muss früher fertig werden als in der Zeit meiner Doktorarbeit, das ging regelmäßig bis zehn Uhr. Aber da helfen mir vielleicht die Hefen, die wachsen schneller als die Humanzellen, da kommt man schneller zu Ergebnissen.

Welche Unterschiede gibt es noch zu deiner alten Arbeitsgruppe?
Wir hatten auch Labmeetings jede Woche, aber man selbst hat im Abstand von etwa drei Monaten seine Arbeit präsentiert. Das ging dann über zwei Stunden, und man war der einzige der in diesem Meeting seine Arbeit gezeigt hat.

Da hatte man dann natürlich eine größere Menge an Material, die man vorstellen konnte, als hier, wo man alle zwei Wochen berichtet. In Dublin hatten wir allerdings auch viele persönliche Meetings mit dem Laborleiter, einmal oder sogar mehrmals pro Woche. Er hielt sich also durch die persönlichen Meetings auf dem Laufenden. Die Gruppentreffen waren dann mehr das Vorstellen für die anderen Gruppenmitglieder. Hier sieht es wohl eher so aus, dass das Groupmeeting auch der Hauptort ist, an dem man mit Iva über das Projekt spricht. Wenn man sonst keinen Termin bekommt, weiß man, dass man da spätestens dran kommt.

Wart ihr dort auch so frei bei den Arbeitszeiten wie hier?
Nein, das war anders. Der Chef dort wollte, dass alle bis 10:00 Uhr im Labor sind. Wenn man später kommen wollte, musste man anrufen, „Ich komme heute fünf Minuten später" oder so. Da war so ein bisschen der Daumen drauf. Aber nach hinten raus war das natürlich offen (sie lacht). Er wollte einfach, dass immer jemand im Labor ist. Er selbst war immer erst gegen Mittag da. Bei mir war das kein Thema, weil ich sowieso morgens früh komme. Abends wurde es trotzdem spät. Regelmäßig 10:00 Uhr.

Wissenschaftler in den Max-Planck-Instituten können sich voll auf ihre Forschung konzentrieren, weil sie sehr viel andere Arbeit von Servicepersonal abgenommen bekommen. Wie war das bei Euch in Dublin?

Ganz anders. Wir haben alles selbst gemacht, aus Spargründen, aber auch als pädagogische Maßnahme. Es gab keine Technischen Assistenten (TA). Wir haben alle Bestellungen selbst gemacht, haben uns mit Preisen und Vertretern herumgeschlagen. Dabei hat man aber wahnsinnig viel gelernt.

Musstet ihr auch die Laborgläser reinigen?
Ja, natürlich. Es gab ein Rotationsprinzip, jeder hat sein Zeug selbst gereinigt, dann hat es einer eingesammelt, und ab in den Keller zum Autoklavieren (eine Form der Sterilisation, Anm. von mir). Hier gibst du es einfach in den Sammelkorb. Hier ist alles sehr durchstrukturiert und für alles ist jemand da. Wenn man etwas braucht, Zettel hinlegen, Hannes bestellt es. (der TA, Anm. von mir)

Praktisch, oder?
Es ist toll, weil der Wissenschaftler die Zeit für die Wissenschaft hat und sich auch gedanklich sich nur dem Projekt widmen muss. Man verschwendet keine Zeit. Aber ich bin auch froh, dass ich weiß wie man einen Puffer zusammenmischt, welche Rolle einzelne Bestandteile haben oder was ein Minimalmedium ausmacht. Hier kriegst du alles auf Bestellung. „Ich brauche das und das", das mischt dir jemand zusammen. Für einen Postdoc ist das toll. Für einen Studenten finde ich es gut, wenn man solche Sachen auch mal selbst macht, da lernt man auch noch was.

Fotos: MPI, Tolic-Lab

Postdoc Nicola hatte in den letzten zwei Wochen einen neuen Stamm der Spalthefe gezüchtet. Das Neue daran: Die Mikrotubuli sind ein wenig eigenartig und an den Farbstoff GFP gekoppelt, damit man sie unter dem Fluoreszenzmikroskop beobachten kann.

Für das Archiv, in dem die Zellen künftig lagern, braucht der neue S. pombe-Stamm einen Namen. Normalerweise blieben da alle ganz emotionslos und das "Kind" bekäme einen simplen Code aus Buchstaben und Nummern, etwa aus den Initialen des "Züchters" und dem Datum o.ä.

Es ginge aber auch anders. Warum also nicht mal ein bisschen die Phantasie bemühen, und einen schönen, einprägsamen Namen auswählen. Es wird zwar keine Diskussion auslösen über die Namensgebung neuer Stämme (wie der Streit über die Namensgebung neuer Expolaneten auf den Ludmila verwies), aber mal sehen.

Und wer weiß, was aus dem Stamm wird, welche Erkenntnisse über die Position des Zellkerns er noch liefern kann (und damit möglicherweise in die Geschichte der Wissenschaft eingeht).

Dann wäre es doch schön, er hätte einen einprägsamen Namen.

Also bitte: Vorschläge nehmen wir ab sofort entgegen. Preise gibt es keine zu gewinnen. Unser Auswahlverfahren ist völlig subjektiv.

Um sich nochmal ein Bild zu machen, hier der Film, den Nicola aufgenommen hatte. Man sieht die eigenartig, langen Mikrotubulibündel (meist nur eines) und den verrutschten Zellkern. Besonders bei den Zelle links unten ist das sehr schön zu sehen. Dass man überhaupt etwas sieht, ist dem Farbstoff GFP zu verdanken, den der zweite "Elternteil" beisteuerte.

Zum Vergleich: Die "normalen" Zellen ohne abnorme Mikrotubuli, aber mit Farbstoff, kann man sich hier noch mal ansehen.

Wer also mal einen unbedeutenden Beitrag zur Wissenschaft leisten will, auch als Nicht-Wissenschaftler, der kann seinen Vorschlag einfach unten in den Kommentaren abgeben.

Viel Spaß ...

Er hat vier aus insgesamt acht Proben mit einem konfokalen Floureszenzmikroskop ausgewählt.

Das Setup moderner Mikroskope sieht etwas anders aus als man es sich landläufig so vorstellt. Vor allem ist meist eine Bild verarbeitende Hard- und Software dabei.

Das sieht dann so aus: In der Mitte das Mikroskop (mit umgedrehtem Aufbau: man schaut von unten auf die Probe). Rechts: Computer und Bildschirm mit der Mikroskopiersoftware, um zum Beispiel Filmsequenzen aufzunehmen, die Bilder zu berabeiten usw. Ganz links (ja, soweit links): der graue Kasten ist die CCD-Kamera für die Aufnahmen. Unter dem schwarzen Tuch ist ein Bereich für verschiedene Filter.

Wie sieht das Ergebnis aus?

Zunächst ein Film, in dem zu sehen ist, wie es normalerweise aussieht, beim Wildtyp.

Man erkennt zwei längliche Zellen, in der Mitte der Zellkern und besonders helle Linien. Das sind die Mikrotubuli, die sich auf und abbauen (und so möglicherweise den Zellkern in der Mitte halten). Dort wo sie sich überlagern, ist es besonders hell. Oben links die Zeitanzeige in Sekunden. Rechts unten der Größenmaßstab.

Im nächsten Film Zellen, bei denen die Kreuzung funktioniert hat: Der Fluoreszenz-Farbstoff macht die richtigen Strukturen sichtbar. Auf den ersten Blick zu erkennen: Die Mikrotubuli sehen eigenartig aus. Meist gibt es nur ein Bündel, das sehr lang ist (besonders schön zu sehen, bei der linken Zelle). Der Zellkern ist aus dem Zentrum gerutscht.

So, das ist das Ergebnis von mehr als zwei Wochen Arbeit. Jetzt beginnt der eigentliche Spaß. Nicola beginnt mit seinen Untersuchungen, die zunächst darin bestehen, sich Filmaufnahmen des neuen Zellstammes genau anzusehen, um ein Gefühl dafür zu entwickeln, was da eigentlich genau passiert. Danach kann man an experimentelle Ansätze denken ...

Aber davon erzähle ich dann nächste Woche.

Um heraus zu finden, ob die Kreuzungsversuche der beiden S. pombe Stämme funktioniert haben, setzt Nicola einzelne Sporen auf einen Nährboden. Anders als für den „Eltern" enthält dieser Agar Stickstoff und erfüllt damit wieder alle Bedingungen für ungezügelte Vermehrung auf asexuelle Weise.

Die Sporen entwickeln sich zu Zellen und verdoppeln sich alle zwei bis drei Stunden - und verdoppeln sich und verdoppeln sich und verdoppeln sich ... An jedem Punkt auf dem Nährboden, an dem Nicola eine winzige Spore gesetzt hat, entwickelt sich eine kleine Zellkultur, die er markiert.

Das sieht dann so aus:

Unter dem Fluoreszenzmikroskop trifft er eine erste Vorauswahl. Acht der 44 Kulturen kamen in die engere Auswahl. Die bereitet er dann für das "Filmset" vor.

Dazu bringt er einen Tropfen eines Glykoproteins namens Lektin auf den Objektträger auf, der aussieht wie eine geschrumpfte Petrischale. Diese Moleküle funktionieren wie ein Klebstoff. Sie sitzen fest auf der Oberfläche des Objektträgers. Dockt eine Zelle an solche Moleküle an, sitzt sie fest.

Um überschüssige Zellen abzutragen, spült Nicola die Oberfläche. Zurück bleibt eine Kolonie festsitzender Hefezellen. Ich habe die Prozedur mal gefilmt (bitte Notizen beachten):

Diese Zellen untersucht er nun unter dem Fluoreszenzmikroskop, um so brauchbare Exemplare für seine Experimente zu finden.

Ergebnis: Das Kreuzen hat funktioniert. Unter den 44 Kulturen, die er aus den Sporen erzeugt hatte, fand er am Ende in vier Fällen die gewünschten Zellen: Zellen, die weniger und überlange Mikrotubulibündel zeigen (und in der Folge verrutschte Zellkerne besitzen) und den Farbstoff enthalten.

Wie die im Vergleich zum normalen Stamm, dem Wildtyp mit Farbstoff, aussehen, dass zeige ich im nächsten Post ... auf diesem Blog.

Das geht schon seit Freitag so. Heute ist Vortragstag im Auditorium. Es gab nochmal einen Gesamtüberblick über das Institut (Was ist z.B. das Dresden-Modell? Wie steht das Institut im Vergleich zur Konkurrenz dar?) und einige Gruppenleiter präsentieren ihre Forschung. Iva Tolic, die hiesige Gruppenleiterin, ist gleich dran. Wir gehen natürlich alle gucken.

Das Eigenartige ist: Eigentlich gibt es keinen Grund nervös zu sein. Die Leute machen das, was sie immer tun: Sie präsentieren ihre Forschung. Aber selbst die Direktoren haben ein Kribbeln im Bauch.

Und wie das so ist: Wenn man sich präsentiert und Besuch bekommt, wirft man sich in Schale, hübscht sich ein bisschen auf. Auch das Labor. Ist ja auch eine gute Gelegenheit endlich mal die Einrisse in den Forschungspostern zu kleben, was man ja immer mal schon machen wollte. Alles wird gerade ausgerichtet, alte Poster werden durch neuere ersetzt. Das Tablett mit den ungespülten Gläsern endlich mal entsorgt ... Ihr kennt das.

Mit einem Pfund kann das MPI hier übrigens ziemlich wuchern: Das amerikanische Wissenschaftsmagazin "The Scientist" hat das Institut dieses Jahr gleich zweimal ausgezeichnet: Einmal, Anfang des Jahres, als bester nicht-US-Arbeitgeber für Postdocs und (vor knapp einem Monat ein paar Tagen) als bester akademischer Arbeitsplatz International.

Warum also sollte hier jemand nervös sein ... ;-).

(irgendwie habe ich mich wohl anstecken lassen)

Postdoc Nicola Maghelli untersucht den Einfluss der Mikrotubuli auf die Position des Zellkerns. Der sitzt immer schön in der Mitte. Das muss auch so sein, da er sich ja während der Zellteilung ebenfalls teilt, damit jede Hälfte der sich teilenden Zelle auch ihre Chromosomen bekommt. Säße er irgendwo in einer Ecke, wäre alles viel komplizierter. Auch Mutter Natur mag es praktisch.

Biologen wissen, dass Mikrotubuli etwas mit der Bewegung des Zellkerns wie auch all der anderen Zellorganellen zu tun haben: Gemeinsam mit den Motorproteinen ermöglichen Mikrotubuli die Bewegung erst. Wie es die Zelle aber schafft mit den Mikrotubuli den Zellkern schön geordnet in der Mitte zu halten, das weiß niemand so genau. Nicola versucht genau dies heraus zu finden.

Wie hier schon geschildert, nutzt er dazu einen Zellstamm, dessen Mikrotubuli nicht koordiniert in Bündeln zusammengefasst sind, sondern unkoordiniert in der Zelle umher wachsen und zerfallen.

Damit er diesen Stamm untersuchen kann, muss er ihn aber erst einmal haben. Glücklicherweise gibt es im Gefrierfach-Vorratslager des Labors tatsächlich eine Kultur von Zellen mit der gewünschten Eigenschaft. Eines fehlt allerdings noch: Dieser Stamm braucht einen Farbstoff, der die Mikrotubuli-Bündel unter dem Fluoreszenz-Mikroskop sichtbar macht, sonst kann man sie nicht beobachten.

Es ist kein Zufall, dass diese Eigenschaft noch fehlt. „Es ist praktischer, wenn jeder Stamm nur eine einzige neue Eigenschaft besitzt. Dann kann man sie gezielt mit einander kreuzen, um die Eigenschaften zu kombinieren." Hätte ein Stamm zwei neue Eigenschaften im Vergleich zur Ursprungsversion (dem Wildtyp), dann müsste man die zweite evtl. eliminieren, was zusätzlich Arbeit und Probleme bereitet.

Um den Farbstoff in die Zelle zu schleusen, nutzt Nicola keine ausgefeilte Gentechnik wie Miguel, sondern packt die Zellen der beiden Stämme einfach zusammen auf einen speziellen Nährboden in Petrischalen. Speziell deshalb, weil er die Zellen damit auf Diät setzt. Er enthält keinen Stickstoff.

In den Hefezellen löst der Hunger ein Not-Programm aus, mit dem sie versuchen schlechte Zeiten zu überbrücken. Statt sich weiter zu teilen, suchen sie sich jemanden zum kuscheln. Ein Paarungspartner muss her.

Normalerweise, wenn die Lebensbedingungen gut sind, vermehren sich diese Hefezellen asexuell, einfach, indem sie sich teilen, sie spalten sich (daher der Name). Aus einer Zelle werden zwei.

Doch unter bestimmten Umständen suchen sich die hungernden Zellen einen Partner, um sich fortzupflanzen. Es gibt bei S. pombe Zellen, die als (+) und als (-) bezeichnet werden, so etwas ähnliches wie männlich und weiblich bei uns. Da der Stamm mit dem Farbstoff eine Orientierung hat, und der Stamm mit dem mutierten Mikrotubuli-Gen die andere, kommt es zu sexuellen Handlungen in der Petrischale. Sie verschmelzen zu einem länglichen Gebilde, vervielfältigen und vermischen ihre Erbanlagen und bilden vier genügsame Sporen. In dieser Form kann man schon mal eine Weile "überwintern".

Nicolas Kollege, Davide Arccadi, hat den Sex der Spaltzellen auf Film gebannt. Das sieht so aus. Schauen Sie mal:

(Wer dabei übrigens spontan an den "Austausch von Körperflüssigkeiten" denkt: Die umher wirbelnden Kügelchen sind Fetttröpfchen, die die Zelle als Fettdepots nutzt.)

Durch das Rasterelektronenmikroskop fotografiert, sieht dieses Zellgebilde zweier verschmolzener Zellen so aus wie auf dem Bilde ganz oben, (sozusagen "caught in the act", ebenfalls von Davide aufgenommen). Der netzartig-schwammige Untergrund ist übrigens der Nährboden Agar.

Am Ende löst sich die Hülle auf und es bleiben vier Sporen zurück.

Dann wird es spannend. Denn, ob das alles funktioniert, wie Nicola sich das vorstellt, das muss sich erst noch erweisen.

War Nicola ein erfolgreicher Zellverkuppler? Haben die Nachkommen der beiden Zellstämme tatsächlich die gewünschten Eigenschaften der Eltern? All das und mehr, demnächst hier auf diesem Blog ...