Queen Mary untersucht Termiten von innen und außen

Termiten erzeugen bis zu 4% des CO2 weltweit. Eine als Protisten bekannte Gruppe von Mikroorganismen, die im Darm der Termiten lebt, ist einer der Forschungsstränge in Dr. van der Giezens Labor, in dem das Invers-Mikroskop DX61 eingesetzt wird.

CO2, ein wichtiges Treibhausgas, wird von Mikroorganismen produziert, die im Darm von Termiten leben. Trotz der Bedeutung im globalen Kohlenstoffkreislauf ist unklar, wie dieses Ökosystem funktioniert. Die School of Biological and Chemical Sciences von Queen Mary, University of London, setzt das Inverse Mikroskop von Vision Engineering für seine Termitenforschung ein.

Forschung am Queen Mary College

Termiten

Queen Mary ist eines der größten, aus mehreren Fakultäten bestehenden Colleges der University of London. Es ist verwurzelt in vier historischen Colleges: Queen Mary College, Westfield College, St Bartholomew's Hospital Medical College und das London Hospital Medical College. Das College hat über 11.500 Studenten und beschäftigt ca. 2600 akademische Mitarbeiter und Hilfskräfte.

In der School of Biological and Chemical Sciences gilt die Evolutionary and Organismal Biology Group als eine international anerkannte Gruppe, die sich postgenomischer Konzepte zur Untersuchung der Evolution und Funktionen von Genen und Proteinen auf Organismusebene bedient. Dazu macht sie sich eine Reihe von Modellorganismen wie Pflanzen, Wirbellose, Fische und Säugetiere zunutze.

Im Rahmen dieser Forschung kommen verschiedene Methoden zum Einsatz, einschließlich Bioinformatik, Analyse von Zellen- und Gewebestruktur, Analyse von Gen- und Proteinexpression, die Auswirkungen eines Gen-Knockouts auf Phänotypen, in-vitro Physiologie und Pharmakologie sowie Verhaltensanalyse von Gesamtorganismen.

Irrungen und Wirrungen in der Forschung

Die Arbeit von Dr. Mark van der Giezen, Dozent für Mikrobiologie, fokussiert auf dem Verständnis der Zellfunktionen verschiedener Mikroorganismen, die in Umgebungen mit wenig oder ohne Sauerstoff leben. Der Darm von Termiten ist eine solche Umgebung. Termiten gibt es seit über 240 Millionen Jahren. Sie passen sich an stets wechselnde Umgebungen an und spielen eine wichtige Rolle beim Abbau und Recycling von totem Holz. Eine als Protisten bekannte Gruppe von Mikroorganismen, die im Darm der Termiten lebt, ist einer der Forschungsstränge in Dr. van der Giezens Labor.

Für diese Forschung ist es wichtig, dass die Protisten der Termiten unter den richtigen Umweltbedingungen isoliert werden, da sie keinem hohen Sauerstoffniveau ausgesetzt werden dürfen. Sobald die Eingeweide von der Termite entnommen wurden, verändern sich die Bedingungen in den Eingeweiden schnell. Es ist also wichtig, dass so schnell wie möglich gearbeitet wird, um ihre interne Struktur zu wahren.

Mehrere hundert verschiedene Protistenarten leben im Dickdarm einer Termite, und bevor die Arbeit beginnen kann, müssen diese getrennt werden. Für dieses Verfahren wird ein Mikromanipulator benutzt, mit dem einzelne Zellen herausgenommen werden, um die Arten zu separieren. Dieser Vorgang muss wiederholt werden, bis für jede Art bis zu 50 Organismen isoliert wurden. Die DNA dieser Organismen wird dann dazu verwendet, auf Molekularebene zwischen den verschiedenen Arten zu unterscheiden und ihre biochemische Beschaffenheit zu verstehen.

Letztendlich werden Informationen von diesen Protisten wichtige Aufschlüsse über die Funktionsweise des Termitendarms und die Erzeugung von Methan (CH4) und CO2 ohne die Verwendung von Sauerstoff geben.

Nach Isolierung der Protisten werden sie hinsichtlich ihrer Morphologie, ihres Verhaltens und jeglicher Kontamination, die während des Isolierungsprozesses aufgetreten sein könnte, observiert und analysiert.

Die Wahl eines Inversen Mikroskops

Das Invers-Mikroskop DX61 von Vision Engineering wurde zur Unterstützung von Forschungsprojekten wie die Funktion von Protisten im Termitendarm ausgewählt. Dr. Mark van der Giezen, Dozent für Mikrobiologie, erläutert, warum die Wahl auf das DX61 fiel.

 

Als uns das System vorgeführt wurde, baten wir um spezifische Modifizierungen am Objekttisch; wir wünschten eine Aussparung zum Beispiel für eine Petrischale. Die endgültige Entscheidung ist auf die gute Interaktion mit Vision Engineering, die zusätzlichen Vorteile eines modularen Designs und das ergonomische Isis-Okular zurückzuführen. Da das DX61 modular ist, besteht die Möglichkeit, zu einem späteren Zeitpunkt Observationsmodi und Bilderfassungsoptionen hinzuzufügen.“

 

„Der Kauf dieses Mikroskops war dank der großzügigen Zuschüsse der Royal Society (2004/R2) und des Systematic Research Fund möglich.“

Ergonomisches Invers-Mikroskop DX61
Für Dr. van der Giezens Forschung ist es wichtig, dass der Objekttisch des Mikroskops sehr stabil ist, besonders bei seinem Einsatz mit anderen Geräten wie Mikromanipulatoren. Eine plötzliche Bewegung kann den Isolierungsprozess zerstören, da die Entnahme und Freisetzung der Protisten durch Regulierung eines Vakuums über einem am Ende des Mikromanipulators befestigten Mikrorohr erfolgt.

 

Die dünnen Mikro-Kapillaren aus Glas am Mikroskopende des Mikromanipulators, die zur Aufnahme und Ausgabe der Flüssigkeit mit den Zellen verwendet wird, sind sehr fragil. Sie zerbrechen leicht, wenn die Stabilität nicht während des ganzen Prozesses gewahrt wird.

Es ist wichtig, dass Bilderfassung und Analyse Bestandteil des Observations- und Dissektionsprozesses sind. Die Vorteile eines Mikroskopsystems, das Bildbearbeitungsfunktionen einschließt, liegen in der Möglichkeit, Bilder und die Evaluierung der zellularen Morphologie zu archivieren. Dies führt zu einem insgesamt objektiven Prozess.

Komfort ist äußerst wichtig, wenn sich die Betrachtung durch das Mikroskop über mehrere Stunden hinzieht.

Das Bild verdeutlicht, wie das modulare Invers-Mikroskop mit optionalem Zubehör wie dem Isis-Okular ausgestattet werden kann. Das Isis-Okular ist eine wichtige Funktion für Projekte wie dieses, bei dem der Komfort des Bedieners, der mehrere Stunden lang am Mikroskop verbringt, ein absolutes Muss ist. Isis macht sich die patentierte Optik zur Verbesserung der Ergonomie für den Bediener zunutze.

Erweiterte Pupillentechnologie erlaubt eine wesentlich bessere Bewegungsfreiheit des Kopfes, die die Ermüdung des Bedieners drastisch reduzieren kann. Dies wird durch Erweiterung des aus den Okularen austretenden Strahlenbündels erzielt, was zu einer Vervierfachung des Arbeitsabstands zwischen den Augen des Bedieners und den Isis-Okularen führt.

Die School of Biological and Chemical Sciences von Queen Mary investiert auch weiterhin Zeit und Ressourcen in wichtige Projekte wie diese. Die Bemühung um ein Verständnis von Naturphänomenen wie die Rolle der bescheidenen Termite im globalen Kohlenstoffkreislauf wird zu einem besseren Verständnis unseres Planeten führen. Dadurch erweitert sich unweigerlich unser Wissensstand, der wiederum für Probleme wie Erderwärmung zugute kommen kann.

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