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Auswirkungen von Umweltbedingungen Mikrofluidik: Per Lab-on-a-chip die Genexpression einzelner Bakterien verfolgen

| Autor / Redakteur: Dr. Katrin Bühler* / Dr. Ilka Ottleben

Lab-on-a-chip: Forscher am Biozentrum der Universität Basel haben gemeinsam mit Kollegen am Max-Planck-Institut in Dresden mithilfe der Mikrofluidik ein neues Mini-Labor mit automatischer Analysesoftware entwickelt. Wie sie in einer aktuellen Studie berichten, kann damit die Genregulation in einzelnen Bakterien bei kontrolliert veränderten Umweltbedingungen untersucht werden. Alle relevanten Informationen zum Design des Lab-on-a-chip und mehr sind online frei zugänglich.

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Mikrofluidik-System, mit dem das Wachstum und die Genexpression einzelner Bakterien verfolgt werden kann.
Mikrofluidik-System, mit dem das Wachstum und die Genexpression einzelner Bakterien verfolgt werden kann.
(Bild: Universität Basel, Biozentrum)

Basel/Schweiz – Er ist kaum größer als eine Streichholzschachtel und doch befindet sich auf diesem Chip ein Labor en miniature. In etwa 2000 Kanälen von einem tausendstel Millimeter Durchmesser wachsen in diesem Lab-on-a-chip einzelne Bakterienzellen, welche die Forscher um Prof. Erik van Nimwegen vom Biozentrum der Universität Basel genau untersuchen können. Denn die Aufnahme von Tausenden von mikroskopischen Bildern in kürzesten Zeitabständen erlaubt es, das Wachstum und Verhalten mehrerer Generationen einzelner E. coli-Bakterien über Tage hinweg zu verfolgen.

Die Fülle an Daten wird durch eine neuartige Software zur Bildauswertung namens „Moma“ automatisch analysiert und präzise quantifiziert. Moma wurde gemeinsam mit der Gruppe von Prof. Gene Myers am Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden entwickelt.

Mit Mikrofluidik das Verhalten einzelner Bakterien analysieren

Mit dem neuen System können die Forscher untersuchen, wie Gene in einzelnen Zellen genau reguliert werden, wenn sich die Umweltbedingungen verändern. So erhalten sie nicht nur einen Einblick in genregulatorische Prozesse, sondern auch einen Überblick über die vielfältigen Reaktionen, mit denen Bakterien auf Umwelteinflüsse antworten.

Zum Beispiel lässt sich ermitteln, wie einzelne Bakterienzellen reagieren, wenn sie einem Antibiotikum ausgesetzt werden: ob sie absterben, ihr Wachstum einstellen oder sich einfach ungestört weitervermehren. Beobachten kann man auch, wie sich die zunehmende Wirkungsdauer des Antibiotikums auf die Zellen auswirkt. Das ist wichtig um zu verstehen, warum nicht immer alle Krankheitserreger durch Antibiotika getötet werden.

Der Mikrofluidik-Chip des van Nimwegen Lab, Biozentrum Basel im Video:

„Mit dem Mikrofluidik-Chip können wir auch beantworten, wie Bakterien miteinander kommunizieren, wie sie auf Stress reagieren oder inwiefern familiäre Beziehungen eine Rolle bei Anpassungsstrategien spielen“, so van Nimwegen. „Solche Einzelzellanalysen halte ich für sehr wichtig, denn oft sind die Messungen von Zellgemeinschaften irreführend, da die Heterogenität der einzelnen Zellen herausgemittelt wird.“

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