Laborjournal 2018-11

| 11/2018 56 Wirtschaft Firmenporträt: ariadne-service GmbH, Buchrain (Schweiz) Vor kurzem grübelte Adrian Wanner noch über seinem Promotionsprojekt. Heute ist der Schweizer Chef eines 14-köpfigen Teams aus Wissenschaftlern und Entwicklern sowie 30 Tracern in Hongkong. Aber der Reihe nach... Wanner studierte Interdisziplinäre Natur- wissenschaften an der ETH Zürich und spezi- alisierte sich auf die Neuroinformatik, einem Teilgebiet der theoretischen Physik. Für seine Doktorarbeit jedoch wechselte er an die La- borbank und untersuchte bei Rainer Friedrich amBaseler Friedrich-Miescher-Institut das Ge- ruchszentrum des Zebrafisches. Konkret ging es dabei um Folgendes: Alle Nervenzellen imGehirn sind in einem komplexen Netzwerk mit tausenden anderen über Synapsen verknüpft und leiten so Infor- mationen spezifisch weiter. Um zu verstehen, welcheNeuronenmiteinander kommunizieren und wie der Informationsfluss stattfindet, ver- suchen Connectomics -Forscher, einengenauen Schaltplan dieser neuronalenNetzwerke zu er- arbeiten.„In diesem speziellen Fall kommt die Information für einen bestimmten Geruchs- stoff über die Nase und der Fisch muss erken- nen: Ist das der Geruch von Feinden oder Nah- rung? Und: Welches Verhalten ist als Reaktion auf diesen Geruch, auf diesen Stimulus, ange- bracht?“, erläutert Wanner sein Forschungs- projekt und erklärt weiter: „Bisher weiß man noch nicht, wie genau das imGehirn verarbei- tet wird. Wie zum Beispiel ähnliche Geruchs- stoffe, die für den Fisch aber sehr unterschied- liche Bedeutungen haben können, auseinan- der gehalten werden können.“ Heidelberger Studenten helfen Mithilfe verschiedener experimenteller Methoden versuchte der Schweizer, diese Fra- gestellung zu lösen. Beim sogenannten Cal- cium Imaging schaute er im lebenden Tier nach der Aktivität der Nervenzellen.„Mit die- ser Technik kannman demGehirn zuschauen, wie es Informationen prozessiert“, soWanner. „Man sieht die einzelnen Nervenzellen auf- leuchten, wenn sie aktiv sind.“ In einem weiteren Schritt wanderte das Zebrafisch-Geruchszentrum in ein spezielles Elektronenmikroskop, das vonWinfried Denk in Heidelberg entwickelt wurde. Bei der Se- rial Block-Face Scanning Electron Microscopy (SBEM), auch Denkscher Hobel genannt, wird die Oberfläche einer Gewebeprobe abgebil- det. Anschließendwird Schicht für Schicht ab- getragen, hier mit 25 Nanometern Dicke, ge- folgt von jeweils einer weiteren Aufnahme. Das dauerte bei einem so kleinen Hirnareal mit gerade einmal tausend Zellen ganze zwei Monate – im 24-Stunden-Betrieb! Um einen Eindruck von den Dimensionen zu vermitteln, erläutertWanner:„Wenn ich das gleiche Hirna- real bei einer Maus aufnehmenmöchte, würde das mit dieser Mikroskopiemethode achtzig Jahre dauern.“ Lachend fügt er hinzu: „Acht- zig Jahre sind ein bisschen zu lang für eine Doktorarbeit.“ Eine nicht minder zeitraubende Herausfor- derung ist die Analyse dieser immensen Bild- daten, die schon für das Geruchszentrum des Zebrafisches hunderteGigabyte umfassen. Um die Morphologie der Nervenzellen darstellen zu können, müssen einzelne Zellen durch ei- nen riesigen Bildstapel verfolgt und Bild für Bild markiert werden (Annotation). „Für die relativ kleinen Fischneuronen dau- ert das Tracen etwa acht bis zehn Stunden pro Zelle“, sagtWanner. Bei tausend Neuronen ist der Experimentator dann ganz schnell zehn- tausend Stunden beschäftigt. Doch Wanner gibt zu bedenken: „Selbst ein hochmotivier- ter Doktorand, der unbedingt seine Arbeit ab- schließenmöchte, macht eventuell Fehler. Das bedeutet: Es reicht nicht, wenn eine Person Mithilfe künstlicher Intelligenz, Machine Learning sowie Tracern in Hongkong entschlüsselt das Team des Schweizer Start-ups ariadne-service die Morphologie von neuronalen und anderen Netzwerken. Nicht nur reine Nervensache Das Machine-Learning -Team von ariadne-service hat ein Analyseverfahren entwickelt, um sämtli- che Mitochondrien in einem Datensatz automa- tisch zu detektieren und zu rekonstruieren – beispielsweise in einem Elektronenmikros- kopie-Datensatz von einem Stück Gehirn. Illustr.: ariadne-service

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