Spezialfarbstoff erlaubt völlig neue Einblicke ins Gehirn

17.08.2018

© Rolf Müller / UK Bonn

Optischer Sensor für den Botenstoff Glycin: Prof. Christian Henneberger (re) und sein Bonner Kollege Dr. Daniel Minge (li) schauen im Labor mit Hilfe eines Mikroskops dem Hirngewebe bei der Arbeit zu

Wissenschaftler der Universitäten Bonn und Canberra (Australien) sowie des Institute of Science and Technology Austria (Österreich) haben eine Art optischen Sensor für das Gehirn entwickelt. Der Farbstoff bindet an den wichtigen Botenstoff Glyzin und ermöglicht so, den Nervenzellen bei der Arbeit zuzusehen. Die Forscher erhoffen sich dadurch unter anderem neue Einblicke in die Funktion des Gedächtnisses.

Nervenzellen kommunizieren über Botenstoffe, so genannte Neurotransmitter. Einer davon ist das Glyzin, eine Aminosäure, die in fast allen Proteinen vorkommt. Glyzin übernimmt im Gehirn eine Doppelfunktion: Einerseits kann es die Aktivität einzelner Nervenzellen kurzzeitig hemmen. Andererseits kann es die elektrische „Verdrahtung“ aber auch langfristig beeinflussen – ein Vorgang, der etwa beim Lernen eine Rolle spielt.

Wie diese Funktionen im Detail zusammenspielen, weiß man bislang nur sehr grob. Ein Grund dafür ist, dass man Glyzin-Signale in verschiedenen Bereichen des Gehirns bisher nicht direkt optisch messen konnte. „Wir wissen also zum Beispiel nicht, auf welche Reize hin welche Zelle wieviel Glyzin ausschüttet sowie wo und wie schnell das passiert“, erklärt Prof. Dr. Christian Henneberger vom Institut für Zelluläre Neurowissenschaften der Universität Bonn.

Der optische Messfühler könnte das ändern. Entwickelt wurde er von den Projektpartnern der Australian National University in Canberra im Labor von Prof. Colin Jackson. Er besteht aus zwei Farbstoffen, die bei räumlicher Nähe Energie aufeinander übertragen können. Diese sind an einem Proteingerüst befestigt, das seinerseits an Glyzin binden kann. Wenn das passiert, ändert das Protein seine Gestalt, so dass sich die Farbstoffe voneinander entfernen. Die Energieübertragung wird damit verringert, und das Sensormolekül ändert seine Farbe. „Es gab bisher keine Möglichkeit, die Aktivität von Glyzin im Hirngewebe zu visualisieren – das können wir jetzt tun“, sagt Prof. Jackson.

„Der Sensor ist hochspezifisch für Glyzin“, betont Prof. Henneberger. „Mit ihm können wir daher die Ausschüttung dieses wichtigen Neurotransmitters in Echtzeit unter dem Mikroskop verfolgen.“ Die Bonner Arbeitsgruppe hat auf diese Weise bereits diverse Hypothesen bestätigt, für die es bislang nur indirekte Belege gab. In einem ihrer Versuche reizten sie beispielsweise Hirngewebe mit elektrischen Pulsen. Sie simulierten damit in vereinfachter Form eine Situation, wie sie auch beim Lernen auftritt.

„Wir konnten zeigen, dass durch diese Stimulation Glyzin ausgeschüttet wird“, erklärt der Neurowissenschaftler. „Wir wissen, dass durch derartige Reize manche elektrische Verbindungen dauerhaft gestärkt und andere langfristig heruntergefahren werden. Es ist also wahrscheinlich, dass die Ausschüttung von Glyzin dabei eine Rolle spielt.“

Die Wissenschaftler planen nun, die Mechanismen der Glyzinfreisetzung bei Lernvorgängen mithilfe des neuen Sensors weiter im Detail zu untersuchen. Außerdem erhoffen sich die Forscher neue Erkenntnisse zu Hirnerkrankungen, wie zum Beispiel der Epilepsie.

Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Jetzt Infos anfordern

News weiterempfehlen PDF Ansicht / Drucken

Teilen bei

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • optische Sensoren
  • Gehirn
  • Glycin
  • Nervenzellen
  • Neurotransmitter
  • Echtzeit-Beobachtungen
Mehr über Universität Bonn
  • News

    Bessere Diagnostik durch Antikörper-Alternative

    Clickmer Systems, ein Ausgründungsprojekt der Universität Bonn, entwickelt eine synthetische Alternative zu Antikörpern. In der medizinischen Diagnostik und der Forschung sind die sogenannten Clickmere vielfältig einsetzbar. Ihr großer Vorteil: Sie sind deutlich zuverlässiger als Antikörper ... mehr

    Wie Künstliche Intelligenz seltene Krankheiten aufspürt

    Weltweit werden rund eine halbe Million Kinder Jahr für Jahr mit einer seltenen Erbkrankheit geboren. Eine sichere Diagnose ist schwierig und langwierig. Wissenschaftler der Universität Bonn und der Charité – Universitätsmedizin Berlin zeigen in einer Studie an 679 Patienten mit 105 verschi ... mehr

    Neue Methode ermöglicht „Fotografieren“ von Enzymen

    Wissenschaftler der Universität Bonn haben eine Methode entwickelt, mit der ein Enzym gewissermaßen bei der Arbeit „fotografiert“ werden kann. Ihr Verfahren ermöglicht es, die Funktionsweise wichtiger Biomoleküle besser zu verstehen. Die Forscher erhoffen sich zudem Einblicke in die Ursache ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.