Was CARD-FISH mit moderner Ökologie zu tun hat

Eine Woche Intensivkurs Molekularbiologie am Bremer Max-Planck-Institut

Im Bremer Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie standen dann am 18. Juli um 9.00 Uhr Linda, Christian und Jens in der großen Eingangshalle des Max-Planck-Instituts an der Celsiusstraße. Die Doktoranden Kerstin Bischof und Chris Würdemann, Biologen aus der Abteilung Molekulare Ökologie von Prof. Dr. Rudolf Amann und der Arbeitsgruppe Mikrobielle Genomik von Prof. Dr. Frank Oliver Glöckner, begrüßten die drei Schüler. Bevor es ans Forschen ging, gab es erst einmal eine Sicherheitseinweisung und natürlich für jeden einen Kittel mit Schutzbrille.
In den Laboren kamen die drei aus dem Staunen nicht heraus. Moderne Methoden der Gentechnologie kannten sie bisher nur ansatzweise – als Theoriewissen aus der Schule. Jetzt galt es, innerhalb einer Woche neues Hintergrundwissen und Techniken zu erlernen und anzuwenden. Doch was mag sich hinter dem sperrigen Titel "Molekularbiologische Analyse der mikrobiellen Diversität in Gewässern" verbergen?

Mit diesen Methoden kann man die Mikroorganismen leicht voneinander unterscheiden. Das ist wichtig, um Gewässer nach ökologischen Aspekten zu bewerten. Dabei macht man sich die Unterschiede in der Erbsubstanz der Organismen zunutze. Jedes Lebewesen hat in seinen Zellen seinen Bauplan in Form von Erbsubstanz gespeichert. Damit jede einzelne Zelle bestimmte Teile dieses Bauplans umsetzen kann, muss zuerst eine Kopie (Boten-RNA) von diesem Abschnitt erzeugt werden. Der wird dann an einer Übersetzungsmaschine in das fertige Produkt, ein bestimmtes Protein, übersetzt (translatiert). Diese Translation übernimmt das Ribosom. Alle Lebewesen folgen diesem Schema und haben in ihrem Zellinneren Ribosomen. Das Ribosom setzt sich aus verschiedenen Proteinen und so genannter ribosomaler RNA zusammen.

Zusammenhänge sind wichtig

Diese Zusammenhänge muss man kennen, um die Techniken zu verstehen und anwenden zu können. Aus bestimmten Abschnitten der ribosomalen RNA wählen die Molekularbiologen jene aus, die Zielsequenzen für künstlich hergestellte Sonden sind. Diese Sonden bekommen dann jeweils ein besonderes Farbstoffmolekül angehängt. Trifft Licht einer definierte Wellenlänge auf das Farbstoffmolekül, sendet es selbst Licht einer anderen Wellenlänge aus. Dieses Fluoreszenzlicht erzeugt ein Bild im Kamerasensor. Lässt man die so angefärbten Sondenmoleküle mit den Proben reagieren, so binden sie nur an die zu ihnen passende Zielsequenz. Die Technik dahinter trägt den Namen FISH (Fluoreszenz in-situ Hybridisierung). Unter dem Fluoreszenzmikroskop leuchten dann die Bakterienzellen in ihren charakteristischen Farben auf und lassen sich so innerhalb einer Wasserprobe unterscheiden. Dabei kommt es den Biologen darauf an zu erkennen, wie viele Zellen es in der Probe gibt, wie die Zellen miteinander vergesellschaftet sind und wie sie sich räumlich organisieren.

....und was ist CARD-FISH?

Manche Gewässerproben sind schwer zu analysieren, weil manche Zellen nur langsam wachsen und geringe Mengen an ribosomaler RNA in sich tragen. Damit sind die Fluoreszenzsignale zu schwach für eine normale Analyse. Bei der CARD-FISH-Technik wird an die Sonde statt des Fluoreszenzfarbstoffs ein Enzym gekoppelt, dass für ein 1000-mal stärkeres Farbsignal sorgt (CARD = catalyzed reporter deposition). Die Schüler waren die ganze Woche mit Eifer bei der Sache. Neben FISH, CARD-FISH, einer kleinen Einführung in die Bioinformatik und Micro-Arrays lernten sie das wohl wichtigste Verfahren zur Vorbereitung von Proben kennen – die Polymerase-Ketten-Reaktion. Ihnen wurde außerdem erklärt, wie die Ergebnisse ihrer Experimente einzuschätzen und in einen wissenschaftlichen Kontext zu stellen sind.

"Wir haben sehr viel Neues gelernt und hatten einen Einblick in wissenschaftlichen Arbeitsweisen", berichteten die Schüler nach der spannenden, aber anstrengenden Woche. Der Alltag im Labor schlauche ganz schön, aber so zu arbeiten sei eben auch faszinierend. Deswegen wissen die drei auch noch nicht, ob sie später mal Wissenschaftler werden wollen.
Als Souvenir gab es zum Schluss für jeden ein blaues T-Shirt mit dem MPI-Emblem.


Manfred Schlösser, Franziska Badenschier