Bioimaging
LIFEs elitemiljø inden for bioimaging
Rejser ind i cellerne baner vej for nye gennembrud
Bioimaging er avanceret supermikroskopi, der gør det muligt for forskerne i LIFEs elitemiljø at se ind i levende celler.
Ved at følge udviklingen i både raske og syge celler afdækker forskerne helt
ny viden om hidtil ukendte funktioner og egenskaber i cellen.
Metoden åbner muligheder for enorme fremskridt inden for forskningen i stamceller, kræft, diabetes, fødevarekvalitet, syntesebiologi, dyre-reproduktion og plantebioteknologi.
Tekst: Katherina Killander
Vi har stillet tovholder for LIFEs elitemiljø i bioimaging, professor Alexander Schulz 8 skarpe til elitemiljøet:
Hvor er bioimaging på vej hen som felt i disse år?
Tovholder Alexander Schulz svarer:
”Bioimaging er et forholdsvis nyt felt, som har eksisteret i 15 år. I 2008 gik Nobelprisen faktisk til en forskergruppe, som skabte en af de vigtigste forudsætninger for at feltet har fået så meget succes i de senere år:
De trak det lysende, grønne protein ud af vandmænd (GFP Green fluorescent protein) og modificerede det, så det kan sættes ind i alle levende celler, både dyr, planter, svampe og bakterier. (se http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2008/tsien-lecture.html)
Som rummænd i det ukendte
Det lysende protein og dets funktion kan illustreres på denne måde:
Forestil dig en gruppe rummænd der sidder på tag. De har boret et hul, så de har frit udsyn til en klassisk koncert i salen under dem. Violinister, blæsere og andre musikere er i fuld bevægelse. Marsmændene har ingen anelse om, hvad der foregår, for de har aldrig før hørt musik, oplevet en koncert eller holdt et instrument i hånden.
For at finde ud af hvad der foregår, sætter de en lysende lampe på en violinists fod. Lampen lyser op på violinistens vej hen til sin stol og marsmændene betragter hvad han gør. Langsomt begynder marsmændene at danne sig et billede af, hvad der foregår.
Afhængigt af, hvor de sætter lampen, får de forskellig viden.Det lysende protein, vi bruger i bioimaging kan illustreres med marsmændenes lampe, som oplyser og skaber nye viden om ukendte elementer i cellen.
Livets netværk udfolder sig uden forstyrrelser
I bioimaging er ambitionen at kigge ind i levende celler uden at forstyrre dem. Derved kan vi komme så tæt på virkeligheden som overhovedet muligt.
Vi vil se livets netværk i cellen udfolde sig frit og derfor sætter vi lamper forskellige steder. Typisk sættes det lysende protein, som i dag fås i alle regnbuernes farver, til cellens nanomaskiner, dvs. proteinerne.
Proteinerne udfører mekanisk arbejde så som cellens bevægelser, enzymatisk arbejde som tilvejebringer kemiske reaktioner, der ikke kan ske spontant, og transportarbejde som overfører metabolitter fra et rum i cellen til et andet, og fra en celle til nabocellen. Også cellens signalering og koordination med andre celler involverer specialiserede proteiner.
Filmoptagelser inde i cellen
Tidligere tilbage i 60erne var man blot i stand til at lave still-billeder af cellen f.eks. med transmissionselektron-mikroskopi. Men fordi man var nød til at dræbe cellen først blev observationsmaterialet kunstigt. Nu er udviklingen kommet så langt at vi kan lave ”film” – altså levende billeder af levende celler.
I modsætning til de gængse metoder i molekylærbiologien er vi med bioimaging i stand til at se på flere faktorer på en gang f.eks. både ”dirigenten” og ”violinisten” LIVE, mens de arbejder.
En anden måde at få ny viden om ukendte funktioner i cellen er at slå et gen ud for at finde ud af, hvilken funktion dette gen har. Ligesom hvis marsmændene dræbte dirigenten. Hvordan lyder musikken så?
Man kan også vælge at kopiere et gen (”kopiere dirigenten”) dvs. overudtrykke genet for at se, hvad der sker.
"Vi får snart som de første i Danmark et supermikroskop, der kan opløse de fineste detaljer i cellen.
Det vil give os endnu bedre muligheder for at lære mere om, hvordan biologien hænger sammen og om, hvordan cellerne lever. Dette superresolutions-mikroskop er særligt, fordi det gør os i i stand til at opløse elementer i cellen på under 100 nanometer afstand. Til sammenligning kan almindelig lysmikroskopi kun opløse elementer i cellen ned til 300 nanometer.
En brugbar platform for international forskning
LIFEs forskermiljø inden for bioimaging yder et internationalt bidrag som spænder over en lang række forskningsområder, fordi det er så brugbar en platform. Fra stamcelleforskning, dyrereproduktion, diabetesforskning, fødevarekvalitet, syntesebiologi til cellekommunikation i planter. Over de sidste år har 90 forskergrupper haft gavn af LIFEs faciliteter.
Bioimaging sikrer succesfulde podninger til gavn for landbruget
Podning er et helt konkret eksempel på, hvor brugbart bioimaging er. I landbruget poder man mange grønsager og frugter, for eksempel agurker og æbler. De bliver podet på et robust underlag som græskar eller kvæder, da de er meget modstandsdygtige mod parasitter og skadevoldere.
God cellekommunikation afgørende for podning
For at podningen skal lykkes er der flere faktorer der spiller ind. For det første skal de to afgrøder vokse godt sammen, vand fra rødderne skal blive optaget af podekvisten og endelig skal cellerne i eksempelvis æblet og græskarret ´tale´ godt sammen. Nogle grønsager ville aldrig kunne blive podet sammen, da de ikke kan finde ud af at kommunikere med hinanden.
Denne cellekommunikation har man ikke tidligere været i stand til at forudsige og det har derfor været mere eller mindre op til tilfældighederne om podning ville kunne lykkes. Ofte han man derfor podet hvorefter høsten er slået fejl, grenen er faldet af eller noget lignende.
Bioimaging forudser på forhånd om podningen lykkes
Men med et banebrydende forskningsprojekt fra LIFE har man med bioimaging fundet en metode til at forudse på forhånd om podningen kan lykkes. Denne opdagelse har allerede været en stor gevinst for landbruget.
Bioimaging er i dag et centralt værktøj, som indgår i en lang række forskningsprojekter både på LIFE og andre steder hvor man ønsker at forstå sammenhængen i de processer som foregår inde i cellerne.
Hvilke perspektivrige forskningsprojekter vil du ellers fremhæve?
Vi er i gang med et projekt sammen med DTU og SDU omkring udvikling af nanoscensorer i forskellige celletyper. Nanocensorerne sladrer om hvordan det det ser ud inde i cellen.
For at vende tilbage til vores illustration kan man sige, at man i stedet for bare at sætte en grøn lampe på violinisten nu med nanoscensorerne kan se om han er i god stemning eller ej ved at farven skifter fra grøn til rød.
Nanoscensorer afslører stress i cellen
Nanocensorerne giver mulighed for at målekoncentrationen af forskellige substanser i cellen og også om cellen er stresset. Det er kun muligt takket være bioimaging som er i stand til at observere hvordan cellerne har det. Nanoscensorerne kan helt konkret bruges til at se om en bestemt gødning stresser planten og hvilken gødning der fremmer plantens vækst.
Nanocensorer bruger vi også til at måle ph værdier i voksende rødder så vi kan følge deres vækstretning. Det er fascinerende at se hvad der sker når en plantes rødder rammer en sten. Hvad sker der så- hvor vælger planten at strække sig?
Forskning drevet af fascination og nysgerrighed
Vores forskning med bioimaging er naturligvis drevet af et ønske om at skabe fremskridt inden for masse forskningsområder, men også en nysgerrighed og en fascination af alt det, vi ikke forstår endnu.
En plante er som et samfund af celler som alle er udstyrede med den samme genomiske kode, den samme ”bog”. Alligevel er de nøje organiserede i arbejdsgrupper, der med stor præcision samarbejder for fællesskabet. Nogle celler giver kommandoer til andre når situationen kræver det. Og opgaverne bliver altid løst – dog ikke altid uden diskussion. Vi ved endnu ikke, om en lignende cellekommunikation finder sted i dyr.
Cellesamfundet - det ideelle samfund
I mine øjne repræsenterer cellesamfundet det ideelle samfund, hvor alle er lige. Nogle celler er endda villige til at ofre sig for fællesskabet- de begår simpelthen selvmord for eksempelvis at gøre plads for vandtransporten.
Smagfulde oste med bioimaging
Inden for fødevareforskningen bruger vi bioimaging for at udvikle oste med særlige konsistenser og egenskaber, eksempelvis fedtfattige oste med forbedret tekstur og smag.
Nyt bioimaging center tiltrækker forskere fra hele verden
Forskningen i bioimaging bliver styrket yderligere med indvielsen af Københavns Universitets nye Center for Advanced Bioimaging (CAB) den 23 juni hvor fakulteterne LIFE, NAT og FARMA samarbejder. VI forventer, at centeret udover at råde over det bedste måleudstyr i landet også vil tiltrække nogle af de bedste forskere og studerende fra ind- og udland."
"Vi vil gerne få det maksimale udbytte af det kommnede superresolutionmikroskop og andre kommede mikroskoper til at skabe mere viden om cellernes indbyrdes kommunkation.
Et andet succeskriterium er at vi får rigtige mange brugere til vores udstyr i det nye bioimaging center, eksempelvis forskere fra ind- og udland som vi kan oplære til selv at kunne løse opgaver med det.
Og så vil vi også fremover give virksomheder muligheder for at udføre deres forsøg her.
Kendt blandt virksomheder og forskere i hele landet
Det er glædeligt, at danske forskere ikke behøver at tage til udlandet, men i stedet kan benytte sig af vores faciliteter. Med tre konfokale mikroskoper er vores faciliteter allerede kendt blandt mange virksomheder og forskere.
En succes vil også være, at vores ph.d. studerende og postdocs får endnu stærkere kompetencer inden for de nye metoder i bioimaging, så de får et værdifuldt supplement til deres mikrobiologiske kompetencer."
"De vil få bedre uddannelsesmuligheder. For eksempel vil de få adgang til det noget af det bedste udstyr i verden og også få en grundig oplæring i brug af supermikroskober."
"Vi samarbejder som nævnt allerede med mange virksomheder og forskningsinstitutioner fra hele Europa, men helt konkret ønsker vi at få en bevilling til at udvikle en ny røngtendetektor med ekstrem høj penetration. Det vil give os mulighed for at se endnu dybere ind i planter og dyr."
"I forbindelse med indvielsen af CAB vil vi opstarte en portal med regelmæssige nyhedsopdateringer. For nuværende kan man læse om os på LIFEs hjemmeside og i internationale tidsskrifter."
Alexander Schulz og Lars-Inge Larsson, såvel som Birger Lindberg Møllers, Richard Ipsens, Dan Holmbergs, Poul Huttels og Michael Palmgrens forskningsgrupper.
Katherina Ludvigsen, - siden er sidst opdateret d.24. maj 2011