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Vorwort Entwicklungsbiologie und Zellbiologie: zwei Fachgebiete kommen zusammen Prof. Kai Simons „Entwicklungsbiologen und Zellbiologen haben lange Zeit ihre eigenen Felder bestellt. Aber jetzt kommen diese beiden Fach- gebiete in unerwarteter und aufregender Weise zusammen.“ (Übersetzt aus Pearson, H.: “Two become one”, Nature, 20. Sept. 2001) Bild 1 (oben): Fibroblastenzelle (Dreifachfärbung): Zellkern (blau), Aktin-Stressfasern (rot), Lipid-Flöße (Glykosylphosphatidylinositol verankertes GFP, grün). (Aufnahme: D. Toomre). Bild 2 (unten): Auge einer Maus, stäbchenförmige Rezeptorzellen (Entwicklungsstadium): Plasmamembran-Protein Prominin (grün), Zellkerne (rot). (Aufnahme: K. Röper, D. Corbeil). 2 In seinem 1896 veröffentlichten Lehrbuch „Die Zelle in Entwicklung und Vererbung”, das die biologische Forschung seit der Formulierung der Zelltheorie durch Schleiden und Schwann im Jahr 1839 zusammenfasst, kommt E. B. Wilson zu dem Ergebnis, dass der entscheidende Schlüssel für alle biologischen Probleme „letztendlich in der Zelle gesucht werden muss“. Durch die Analyse vieler verschiedener Organismen war den Biologen des 19. Jahrhunderts bereits zur Jahrhundertwende klar, dass alle Zellen ähnlich aufgebaut sind. Diese Erkenntnis, die aus der genauen Beobachtung des Zellverhaltens und der Zellstruktur mit so einfachen Mitteln wie der Lichtmikroskopie in Verbindung mit verschiedenen Färbemethoden gewonnen wurde, bereitete den Weg für die weitere biologische Forschung und führte zu dem Umschwung in der Biologie, der bis in die Gegenwart hineinreicht. Genetiker haben bei dem Enträtseln der molekularen Mechanismen, die für Vererbung und Entwicklung verantwortlich sind, eine Schlüsselrolle gespielt. Die Genanalyse war eines der wenigen Werkzeuge der Biologen, die ihnen zur Entwirrung der komplexen Vorgänge in der Zelle und zur Identifizierung der daran beteiligten Komponenten zur Verfügung standen. Letztendlich wurde der genetische Informationsweg so stark betont, dass die zelluläre Umgebung, in dem die Genprodukte aktiv sind, fast völlig in den Hintergrund gedrängt wurde. Typisch für diesen vereinfachenden Ansatz war die Reduktion der Prozesse auf die Wirkung einzelner Gene. Heute wissen wir, dass mehrere hundert Gene an der Steuerung der komplexen Entwicklungsvorgänge beteiligt sind. Die experimentellen Strategien zur Aufdeckung dieser Mechanismen haben sich daher geändert. Genanalysen werden durch neuartige Untersuchungen vervollständigt, die Einblicke in den zellulären Kontext und damit in die Lokalisation der Proteine gewähren. Die Zellen in einem Gewebe werden nicht mehr nur als Hüllen mit einem Zellkern angesehen. Entwicklungsbiologen ergänzen ihre experimentellen Werkzeuge mit den molekularen Methoden der Zellbiologen. Um die molekularen Vorgänge in einer Zelle zu verstehen, haben sich die Zellbiologen in den letzten 30 Jahren auf einige wenige Modellzellen konzentriert, wie zum Beispiel Hefe und einige Säugetierzellen wie Fibroblaste, Epithelzellen und Neuronalzellen. Mit der Erweiterung dieser Auswahl wird offensichtlich, dass – bei grundlegend ähnlichem Aufbau der verschiedenen Zelltypen – die für die Zell- und Gewebeorganisation verantwortliche Abfolge der embryonalen Entwicklung spezifisch ist. Ein Schlüssel zum Verständnis der Fähigkeiten und Arbeitsmechanismen der Zellmaschinerie ist die Analyse der Veränderungen während der Zelldifferenzierung. Auch dazu trägt die Zusammenarbeit von Zellbiologen und Entwicklungsbiologen bei. Neuartige Mikroskoptechniken haben das Gebiet der Zellbiologie verändert und werden jetzt auch zunehmend in der Entwicklungsbiologie eingebunden. Die konfokale Mikroskopie war hier Wegbereiter, indem sie ein klares, dreidimensionales Bild der Zellarchitektur durch Ausschaltung der außerhalb des Fokusbereichs liegenden Einflüsse ermöglichte. Optische Schnitte mittels Dekonvolution sind ein weiterer Weg zu einem aussagekräftigen Bild. Die Zweiphotonenmikroskopie ermöglicht einen Blick tief in das Gewebe hinein – einen bisher unerreichten Zugang zum Präparat. Auch die Einführung des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) ist für das Verstehen der Zellvorgänge richtungsweisend. Die Verwendung dieser Fluorochrome ermöglicht es den Zell- und Entwicklungsbiologen, die Zelldynamik mit Hilfe der Videomikroskopie zu verfolgen. Die Kombination aus Auflichtfluoreszenz und totaler Reflexions-Fluoreszenzmikroskopie machte es möglich, die Transportwege der Proteine vom Golgi-Komplex zur Zelloberfläche sehr genau zu verfolgen. Die genannten Methoden eröffnen faszinierende Aussichten auf bisher nicht darstellbare zelluläre Bereiche. Das Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden ist ein Beispiel für die neue Verbindung von Zell- und Entwicklungsbiologie. Gegenwärtig arbeiten zwanzig Forschungsgruppen an allen, die Entwicklungsbiologie dominierenden Tiermodellen: Drosophila, C. elegans, Zebrafisch und Maus. Wichtigstes Ziel der Forschung ist das Verständnis der molekularen Vorgänge in den Zellen, die zur Bildung von Gewebe führen. Die gemeinsame Forschung hat erst begonnen. Bald wird man mehr darüber wissen, wie die internen Abläufe in der Zelle auf die Entwicklung eines Organismus wirken. Prof. Dr. Kai Simons, Direktor des Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik, Dresden. Mail: kai.simons@mpi-cbg.de Net: www.mpi-cbg.de Innovation 10, Carl Zeiss, 2001
Vorwort Entwicklungsbiologie und Zellbiologie: zwei Fachgebiete kommen zusammen 2 Prof. Kai Simons Inhaltsverzeichnis, Impressum 3 Von Anwendern für Anwender Mikroskopie und Prionen-Forschung 4 Interview mit Prof. Adriano Aguzzi Dünne Schnitte für faszinierende Farben 6 Jakob Zbären, Dr. Heinz Gundlach Was fossile Cyanobakterien über urzeitliche Ozeane verraten 8 Dr. Gernot Arp, Dr. Christian Böker Mehr Farbe bekennen in der Laser Scanning Mikroskopie 10 Sebastian Tille Minimal invasive Chirurgie an der Wirbelsäule 13 Schlechte Flaschen müssen raus 16 Für die Praxis Immer genau wissen, wie schnell sich die Erde dreht 18 Messen neben der Maschine 20 Bernd Balle Den kleinsten Winkel im Visier Aus aller Welt 22 Notizen aus der Schweiz 24 Zeiss Mikroskope an der Yale-Universität 25 Großes Fest zur Wiedereröffnung 26 Impressum Innovation Das Magazin von Carl Zeiss Nummer 10, November 2001 „Innovation“ erscheint in unregelmäßiger Reihenfolge in deutscher und englischer Sprache. Sie ist hervorgegangen aus der „Zeiss Information mit Jenaer Rundschau“ (1992 bis 1996), vormals „Zeiss Information“ (1953 bis 1991) und „Jenaer Rundschau“ (1956 bis 1991). Die Nummerierung der Ausgaben erfolgt fortlaufend, beginnend mit 1/1996. Herausgeber: Carl Zeiss, Oberkochen, Corporate Communications, Marc Cyrus Vogel. Redaktion: Dipl.-Phys. Gudrun Vogel (verantwortlich), Carl Zeiss Jena GmbH, 07740 Jena, Telefon (0 36 41) 64 27 70, Telefax (0 36 41) 64 29 41, E-Mail: g.vogel@zeiss.de und Dr. Dieter Brocksch, Carl Zeiss, 73446 Oberkochen, Telefon (0 73 64) 20 34 08, Telefax (0 73 64) 20 33 70, E-Mail: brocksch@zeiss.de, Deutschland, Medien-Service Wissenschaft, Stuttgart, Widera Kommunikation, Köln. internet: http://www.zeiss.de Preise • Ehrungen • Jubiläen 10. Geburtstag bei Carl Zeiss Jena 27 Lothar Janiak Zweimal rot gepunktet 28 2.000. PRISMO für DaimlerChrysler 28 Optik-Award in Gold 29 Otto-Schott-Forschungspreis 29 Nobelpreis folgte Carl-Zeiss-Forschungspreis 30 Carl-Pulfrich-Preis 2001 30 Mit Hamsterauge im Mikroskop erfolgreich 30 Aufträge • Kooperationen Zusammenarbeit mit Nobel-Stiftung 31 Messtechnik von HK-Technologies übernommen 31 Objektive für digitales Kino 31 Kurz berichtet Modernste Filmkamera der Welt 32 Ein altes Teleskop wirbt für neue Finanzgruppe 33 HypoVereinsbank setzt auf Zeiss 33 Wirtschaftsbarometer Bestes Ergebnis der Firmengeschichte 33 Marc Cyrus Vogel Produktreport Lichtmikroskopie Ophthalmologie Chirurgische Geräte 34 Elektronenmikroskopie Kameraobjektive Sports Optics, Augenoptik 35 Gestaltung: Corporate Design, Carl Zeiss, Oberkochen. Layout und Satz: Manfred Schindler Werbeagentur, 73431 Aalen. Druck: C. Maurer, Druck und Verlag, 73312 Geislingen a. d. Steige. ISSN 1431-8040 © 2001, Carl Zeiss, Oberkochen. Nachdruck einzelner Beiträge und Bilder nur nach vorheriger Rücksprache mit der Redaktion und mit Quellenangabe. Anfragen zum Bezug der Zeitschrift und Adressenänderungen mit Angabe der Kundennummer (wenn vorhanden) bitte an die Redaktion richten. Bildnachweis: Wenn nicht besonders vermerkt, wurden die Bilder von den Verfassern der Beiträge zur Verfügung gestellt bzw. sind Werkfotos oder Archivbilder von Carl Zeiss. Autoren: Falls nicht anders angegeben über die Redaktion zu erreichen. Inhalt Titelbild: Menschliches Chromosom 11 aus Darmzellen (HT 29), gefärbt mit Vielfarbbänderung. Mit LSM 510 META können weit mehr Farbstoffe als bisher gleichzeitig zur Markierung eingesetzt und ihre Fluoreszenzemissionen trotz spektraler Überlappungen exakt zugeordnet werden. META bietet mehr Informationen auf einen Blick, wodurch chromosomale Unregelmäßigkeiten erkannt und frühzeitig genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert werden können. Die bessere Strukturauflösung erhöht dabei die Treffsicherheit. Präparat: Dr. Th. Liehr, Dr. V. Beensen, Institut für Humangenetik und Anthropologie der FSU Jena (E-Mail: i8lith@mti-n.mti. uni-jena.de). Aufnahme mit LSM 510 META: Dr.P.Ullmann, Carl Zeiss. (Siehe auch Beitrag: Mehr Farbe bekennen in der Laser Scanning Mikroskopie, Seiten 10 bis 12) Bild vierte Umschlagseite: Der weltweit größte und genaueste Ringlaser steht seit Oktober 2001im Bayerischen Wald in Wettzell tief unter der Erde. Für den Bau des Großringlasers war Carl Zeiss verantwortlich. (Siehe auch Beitrag: Immer genau wissen, wie schell sich die Erde dreht, Seiten 18 und 19). Innovation 10, Carl Zeiss, 2001 3
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