Cytologie - Wir erforschen die Zelle

- Ein Tag an der Uni Bonn -

Am 9.12.2004 unternahm unser Biologiekurs (Hr.Mainz) einen Unterrichtsgang an das Zoologische Institut der Universität Bonn. Dort durchliefen wir folgende Stationen:
- Präparation
- Lichtmikroskop
- Transmissionselektronenmikroskop
- Interview und Diskussion
Ferner wurde die Bedeutung dieser Techniken für die heutige Wissenschaft erläutert.
Die Resultate dieses Unterrichtsgangs sind nun hier festgehalten.

Die Präparation

Wir kennen zwei unterschiedliche Präparationstechniken. Die Ultradünnschnitttechnik und die Kryofixierung. Die Ultradünnschnitttechnik ist die am häufigsten angewandte Methode. Dabei wird das Objekt durch Aldehyd- und Osmiumtetraoxidlösung chemisch fixiert und anschließend mit Ethanol entwässert, wobei die Konzentration des Ethanols von Schritt zu Schritt ansteigt. Danach wird das Objekt in Kunstharz eingebettet und mit Hilfe eines Mikrotoms auf 10 bis 100 nm Dicke geschnitten.
Bei der Kryofixierung, auch unter dem Namen Gefrierbruchtechnik bekannt, wird das Objekt bei -196°C schockgefrohren, so dass das Wasser in der Zelle erstarrt. Das Objekt wird nun im Vakuum aufgebrochen, so dass eine reliefähnliche Oberfläche entsteht. Durch Aufdampfen einer Platin-Kohle-Schicht entsteht ein Reliefabdruck. Dieser wird gelöst und kann nun unter dem Mikroskop betrachtet werden.

Das Lichtmikroskop (LM)

	Allgemeines Mit Hilfe des Lichtmikroskops werden Gegenstände im sichtbarem Licht durch ein Linsensystem vergrößert. Einige Lichtmikroskope können sogar auf das 2000-fache und höher vergrößern. Es besteht aus: Objektiv und Okular - Tragen gemeinsam zur Gesamtvergrößerung bei Tubus - Rohr, welches das Okular hält Stativ und Fuß - Dient der Stabilität des Lichtmikroskops Grobtrieb und Feintrieb - Scharf stellen des Präparats Kondensor - Erhöhung der Bildhelligkeit und gleichmäßige Ausleuchtung Filterring - Dient zur Farbveränderung, da manche Bestandteile der Zelle farblich besser zu erkennen sind. Im Gegensatz zum TEM, dient es zur Untersuchung von dickeren Schnitten. Die Schnitte haben eine Idealdicke von 1 Mikrometer. Die Idealdicke für das TEM ist 60 nm ( 1 Mikrometer = 1000 nm)
	Der Objektivrevolver Der Objektivrevolver ermöglicht den schnellen Objektivwechsel durch das Drehen des jeweiligen Objektivs in den Strahlengang. Dieser wird durch eine Kombination von mindestens zwei Linsensystemen gebildet und trifft final auf das Präparat, welches sich auf dem Objekttisch befindet. Die Objektive unterscheiden sich darin, dass sie das Präparat unterschiedlich vergrößern können. Die Gesamtvergrößerung besteht aus dem Produkt der Vergrößerung von Okular und Objektiv.
	Verschiedene Filter Ein Lichtmikroskop besitzt verschiedene Filter wie z.B. den Blau-, den Grün-, oder den Graufilter. Sie werden je nach dem Färbemittel eingesetzt, welches beim Präparieren verwendet wurde. Ein oft verwendetes Färbemittel ist Tubulin (es färbt das Präparat lila).
	Zeichentubus An das Lichtmikroskop kann ein Zeichentubus angebracht werden. Mit seiner Hilfe können Präparatskizzen schon während der Beobachtungsphase angefertigt werden, d.h. schon während man durch das Okular schaut.

Vorteile des LM
- Weniger Zeit zwischen der Präparation und der Mikroskopie.
-> dickere Schnitte
-> das Einschleusen des Präparats, welches für die Arbeit am TEM erforderlich ist, entfällt
- Ein Lichtmikroskop ist in der Regel kompakter und günstiger als ein TEM.

Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM)

Für eine vergrößerte Ansicht ist Java-Script erforderlich.

Mit dem Transmissionselektronenmikroskop ist eine bis zu 12000 fache Vergrößerung möglich. Durch Starkstrom werden in der oben befindlichen Kathode Elektronen gelöst, da die Kathode erhitzt wird.
Die Elektronen werden durch das Objekt geleitet, welches auf dem Objektträger angebracht ist. Das Objekt muss ein Ultradünnschnitt sein, welcher maximal 60-70 nm dick sein darf, da sonst die Elektronen nicht optimal durchkommen würden und somit ein schlechtes oder unscharfes Bild entsteht. Damit ein gutes Bild entsteht, muss in dem TEM ein Vakuum herrschen, da sonst die Elektronen von den Gasatomen der Luft abgelenkt werden könnten. Ein Bild bekommt man dadurch, dass die Elektronen auf eine mit Phosphor bedampfte Oberfläche auftreffen. Die Elektronen können nicht gut durch dichte Materie dringen, wie zum Beispiel die Zellorganellen. Die Elektronen dringen leicht durch Bereiche der Zelle wie das Cytoplasma, die eine nicht so dichte Struktur aufweisen. Somit entsteht ein schwarz-weiß, beziehungsweise hell-dunkel Bild, bei dem man die Bestandteile der Zelle erkennt. Der das Objektiv durchdringende Strahl, kann durch Justierung der Magnetenlinsen schärfer eingestellt werden. Es ist auch möglich, die Bündelung (und somit die Helligkeit) des Strahls einzustellen. Dies geschieht durch die Erhöhung der Spannung an der Kathode, wodurch dort mehr Elektronen gelöst werden. Dadurch, dass die Kathode durch Strom erhitzt wird, damit sich Elektronen lösen, ist eine Kühlung mit flüssigem Stickstoff von Nöten, da sonst das gesamte Mikroskop überhitzen würde.

Wissenschaft

Studium: Voraussetzung Abitur mit Durchschnitt ca. 2,5; gute Englischkenntnisse; Grundwissen in Naturwissenschaften hilfreich; Spezialisierung auf Themenbereich nach Grundstudium; Themenbereich frei wählbar.
Einrichtung (i.d.F. Universität zu Bonn): Untergeschoss Hörsäle und Kongress- bzw. Sitzungsräume; Obergeschoss Forschungsräume - Geräte werden den Forschungsgruppen in Eigenverantwortung zur Verfügung gestellt, Bibliothek; im Keller Zucht der Versuchstiere; andere Tiere, bei welchen die Zucht nur schwerlich zu bewerkstelligen ist, werden der Universität von Firmen zugesandt.
Forschung: Forschungsbereich frei wählbar; sehr genaue Arbeit, erfordert viel Geduld; je weiter der Einzelne in einen Themenbereich eintaucht, desto mehr Fragen treten auf; Forschungsgruppen auf Anfrage einem Professor zur Unterstützung abgestellt; sehr breites Spektrum; es existieren noch immer zahlreiche unentdeckte Dinge; Alltag eines Biologen mit Interviews, Kongressen etc. sehr abwechslungsreich.
Problematik: gravierendes Finanzproblem; Sponsoren werden benötigt, da technische Geräte äußerst kostspielig sind; wegen erhöhter Nachfrage Räumlichkeitsprobleme; trotz freier Wahl des Themenbereichs, ist der operierende Biologe auf Interessen der Universitäten oder Sponsoren angewiesen;
Allgemeines: sowohl Konkurrenzgedanke als auch Kooperation herrscht zwischen den einzelnen Universitäten; besondere Kooperation zwischen Themenbereichen Biologie und Technik (Bionik); europäische Staaten (Schweiz, Frankreich, Deutschland) durchaus konkurrenzfähig mit den USA.

Wir danken:
PD Dr. A. Schmitz, PD Dr. H. Schmitz, Dipl. Biologe M. Müller, Dipl. Biologe A. Wyen, Dipl. Biologe E. Kreiß, Dipl. Biologe B. Chagnaud und allen Mitarbeitern des Zoologischen Instituts der Universität Bonn www.zoologie.uni-bonn.de

Lancelot Beer, Can Birol, Cora Coeln, Ann-Christine Erbel, Michael Ochs, Jennifer Passenheim, Mariam Scharifi, Ann Kathrin Schellenbeck, Jonas Scholz, Nina Schulte, Jonas Staritz, Philipp van den Boom, Benjamin Wolkenaer und Christoph Zörnig

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