1. April 2021 | Magazin:

Bild des Monats April: Keine Zelle wie die andere Eingereicht von Professor Christian Sieben

Wie viele bunte Ostereier sehen sie aus: die Epithelzellen unter der superauflösenden Fluoreszenzmikroskopie. Das Bild des Monats April zeigt eine Epithelzellkultur, die mit Influenza A Viren infiziert wurde. Influenza A gilt als gefährlichster Typ der Grippeviren, der für schwere Pandemien und Epidemien mit vielen Todesfällen verantwortlich ist. Die Aufnahme hat Professor Sieben, Leiter der Arbeitsgruppe Nanoscale Infection Biology am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung und Juniorprofessor für Zellbiologie viraler Infektionen der TU Braunschweig, erstellt. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit speziellen Mikroskopieverfahren, um mehr darüber zu erfahren, wie Viren arbeiten und funktionieren, und damit auch, wie Infektionen verhindert werden können.

Epithelzellen unter der superauflösenden Fluoreszenzmikroskopie. Bildnachweis: Christian Sieben/TU Braunschweig

Epithelzellen können zu einem dichten zweidimensionalen Epithel zusammenwachsen, in dem scheinbar alle Zellen gleich aussehen. Die Fluoreszenzmikrokopie zeigt jedoch, dass keine Zelle wie die andere ist. Influenza A Viren infizieren in der Lunge unter anderem alveolare Epithelzellen, sogenannte Pneumozyten. Im Bild zu sehen sind humane A549 Zellen, eine Modellzelllinie für humane Pneumozyten vom Typ 2. Die Zellen wurden mit Influenza A Viren infiziert und nach etwa acht Stunden chemisch fixiert. Um dann die Infektion nachzuweisen, wurden die Zellen mit einem Antikörper behandelt, der das virale Nukleoprotein bindet (grün).

Das Nukleoprotein ist ein wichtiger Bestandteil des Influenza Genoms, welches wiederum im Zellkern vervielfältigt wird. Dadurch kommt es zu einer starken Anreicherung des Nukleoproteins im Zellkern. Um den Zellkern selbst im Mikroskop zu erkennen, ist die DNA mit dem Farbstoff DAPI markiert (blau). Außerdem ist das Aktinzytoskelett, das Proteinnetzwerk aus dünnen, fadenförmigen Zellstrukturen, mit einem Farbstoff markiert, um die Zellgrenzen zu erkennen (rot).

Jede Zelle für sich

In diesem Versuch, der auf dem Bild zu sehen ist, wurde untersucht, wie sehr sich die Entwicklung der Infektion von Zelle zu Zelle unterscheidet. Obwohl alle Zellen etwa mit der gleichen Virusmenge infiziert wurden, sind sehr starke Unterschiede zwischen den Zellen zu erkennen.

„Wir arbeiten daran, diese Effekte zu quantifizieren und deren Ursachen zu ergründen, damit wir verstehen, warum einzelne Zellen scheinbar besser mit einer Infektion fertigwerden“, so Professor Sieben. Dazu analysiert seine Arbeitsgruppe die Bilder im Computer. Die Markierung der zellulären Strukturen (DNA und Aktin) ermöglicht es den Wissenschaftler*innen, die Zellen bzw. den Zellkern besser zu identifizieren und so die Menge an produziertem Nukleoprotein pro Zelle und sogar pro Zellkern genau zu bestimmen.