Wissenschaftler der Universität Genf und des EMBL enthüllen die innere Struktur von mehr als 200 Planktonarten und ebnen damit den Weg für einen globalen Zellatlas.
Plankton, eine vielfältige Gemeinschaft mikroskopisch kleiner Organismen, zu denen auch marine mikrobielle Eukaryoten (Zellen mit einem Zellkern) gehören, ist der unsichtbare Motor der marinen Ökosysteme. Es produziert Sauerstoff und bildet die Grundlage der ozeanischen Nahrungskette. Es ist ausserdem unglaublich vielfältig, mit Zehntausenden von Arten, die bisher beschrieben wurden, und vielen weiteren, die noch entdeckt werden müssen.
Wir verbrachten drei Tage und drei Nächte damit, die Proben zu fixieren
Eine Technik, die die Grenzen des Lebens überschreitet
Diese Forschung, die in Zusammenarbeit mit den Gruppen von Omaya Dudin, Paul Guichard und Virginie Hamel von der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Gautam Dey vom EMBL durchgeführt wurde, beruht auf einer hochauflösenden Mikroskopiemethode, die es ermöglicht, das Meeresplankton in einem neuen Licht zu betrachten. Bei der Expansionsmikroskopie werden biologische Proben in ein transparentes Gel eingebettet, das sich nach der Wasseraufnahme ausdehnt und so ihre inneren Strukturen proportional vergrössert. Diese Technik, die in U-ExM(Ultrastructure Expansion Microscopy) optimiert wurde, ermöglicht es, die innere Organisation von Zellen zu erforschen und die Hindernisse der Zellwand zu umgehen, wodurch bisher unzugängliche Details sichtbar gemacht werden.Von den europäischen Küsten in die mikroskopische Welt
Die Studie ist Teil der vom EMBL geleiteten Expedition Traversing European Coastlines (TREC) zur Erforschung der biologischen Vielfalt an den Küsten. Die Probenahmekampagnen in Roscoff (Frankreich) haben den Wissenschaftlern Zugang zu umfangreichen Sammlungen von marinen Mikroorganismen verschafft. wir verbrachten drei Tage und drei Nächte damit, diese Proben zu fixieren; es war ein echter Schatz, der uns nicht entgehen durfte", erinnert sich Felix Mikus, Co-Erstautor der Studie.er promovierte in der Gruppe von Gautam Dey am EMBL und ist heute Postdoktorand im Dudin-Labor am Departement für Biochemie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf.Die Expansionsmikroskopie bietet eine vier- bis sechzehnfache Vergrösserung der biologischen Probe: "In Kombination mit der klassischen Lichtmikroskopie überschreitet sie die Standardgrenzen der Lichtauflösung und öffnet ein neues Fenster in die Zellarchitektur", erklärt Armando Rubio Ramos, Co-Erstautor und Postdoktorand in der Guichard-Hamel-Gruppe des Departements für Molekular- und Zellbiologie an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf.
Kartierung der Evolution der Zellarchitektur
Mit der Analyse von über 200 Arten führten die Forscher und Forscherinnen eine der umfangreichsten Studien zur Vielfalt des Zytoskeletts bei planktonischen Eukaryoten durch. Sie konzentrierten sich auf Mikrotubuli und Zentrinen, die Schlüsselelemente des Zellskeletts, die die Form, Bewegung und Teilung der Zellen bestimmen. Mit diesem Ansatz konnte die Organisation dieser Strukturen bei vielen eukaryotischen Gruppen kartiert werden. ’Dieser Analysemassstab ermöglicht es nun, evolutionäre Hypothesen über die Diversifizierung der Zellarchitekturen aufzustellen’, betont Hiral Shah, Postdoktorandin am EMBL und Ko-Erstautorin.Diese gemeinsame Forschungsarbeit entschlüsselt nicht nur die Geheimnisse der Zellorganisation, sondern zeigt auch das Potenzial der Expansionsmikroskopie für die Untersuchung komplexer natürlicher Proben, die direkt aus dem Meer stammen. Sie stellt einen wichtigen Schritt in Richtung einer gross angelegten und hochauflösenden Erforschung der biologischen Vielfalt dar, die endlich genomische Daten mit der Zellphysiologie verbindet.
