Synapsen-Modell Blick ins Hirn - jetzt in 3D

Wie funktioniert das Gehirn? Deutsche Forscher haben erstmals mit einem 3D-Modell den Aufbau einer Synapse visualisiert. Die Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen sind Meister der Effizienz.

Corbis

Ohne Synapsen funktioniert das Gehirn nicht. Sie sind die Kontaktstellen, über die Nervenzellen miteinander kommunizieren. Bislang waren Aufbau und Ausstattung der hochkomplexen Strukturen ein Rätsel. Silvio Rizzoli von der Universitätsmedizin Göttingen hat nun erstmals alle wichtigen Bausteine einer Synapse in einem wissenschaftlich fundierten 3D-Modell nachgebildet. In einem eindrucksvollen Video zeigen sie den detaillierten Aufbau einer Rattensynapse.

Das Modell zeigt ungefähr 300.000 Proteine in großer anatomischer Genauigkeit, berichten die Forscher im Fachmagazin "Science". Sowohl ihre Menge als auch ihre genaue Anordnung sind originalgetreu dargestellt. Um die Synapse nachzubilden, entnahmen die Forscher Ratten Teile des Gehirns und untersuchten die enthaltenen Moleküle. "Anhand des 3D-Modells der Synapse können wir nun erstmals zeigen, dass Proteine in ganz unterschiedlicher Anzahl für die verschiedenen Vorgänge innerhalb der Synapse benötigt werden", sagt Benjamin Wilhelm, der ebenfalls für die Universitätsmedizin Göttingen forscht.

Besonders interessierten die Forscher sogenannte synaptische Vesikel, kleine Bläschen, die sich in den Synapsen befinden. Sie beinhalten die Botenstoffe, über die Synapsen Informationen weitergeben. Werden diese Botenstoffe frei, gehen die Vesikel kaputt. Anschließend werden die Bausteine recycelt und genutzt, um neue Vesikel herzustellen.

Die Forscher haben entdeckt, dass jede Zelle etwa 26.000 der Proteine besitzt, die an der Ausschüttung der Botenstoffe aus den Vesikeln beteiligt sind. Dagegen sind Proteine, die für das Recycling der Vesikel zuständig sind, lediglich mit 1.000 bis 4.000 Kopien pro Synapse vertreten.

Die Funktion von Zellen simulieren

Unklar war bisher, wie viele synaptische Vesikel in einer Synapse gleichzeitig verwendet werden können. Die aktuelle Studie zeigt: Um Botenstoffe freizusetzen, sind mehr als genug Proteine vorhanden. Doch die für das Recycling vorhandenen Proteine reichen nur für sieben bis elf Prozent aller Vesikel in der Synapse aus. Heißt: Der Großteil der Vesikel einer Synapse kann nicht gleichzeitig genutzt werden.

Der Funktion der Hirnzellen tut das keinen Abbruch. Denn die Anzahl der jeweils benötigten Proteine ist erstaunlich genau aufeinander abgestimmt. Es gebe weder Unterproduktion noch Verschwendung. Wie genau die Zellen die Feinabstimmung bewerkstelligen, bleibt weiter unklar. Einfach ist das System jedenfalls nicht, denn verschiedenen Proteine werden auf ganz unterschiedlichen Wegen in den Zellen transportiert und leben unterschiedlich lang.

Das neue Modell soll helfen, künftig zielgerichteter zu forschen. Außerdem soll es weitere 3D-Modelle aus dem Gehirn geben: "Unser Ziel ist es, letztendlich eine komplette Nervenzelle zu rekonstruieren", sagt Rizzoli. Kombiniert mit Studien zur Funktion und zur Wechselwirkung einzelner Proteine wäre es damit in ferner Zukunft möglich, die Funktion der Zelle zu simulieren.

Meilenstein der Biologie

jme



insgesamt 8 Beiträge
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Seite 1
KaiserChicken 30.05.2014
1. full length movie and press release:
https://www.youtube.com/watch?v=icey1NYP7Pw&list=UUI3gQu-QZ9hC5Ye4jy9_AJA http://idw-online.de/pages/de/news589623
chen-men 31.05.2014
2. Rattenhirn
Zitat von KaiserChickenhttps://www.youtube.com/watch?v=icey1NYP7Pw&list=UUI3gQu-QZ9hC5Ye4jy9_AJA http://idw-online.de/pages/de/news589623
Zitat: "...wäre es damit in ferner Zukunft möglich, die Funktion der Zelle zu simulieren." Wozu? Ziel? In ferner Zukunft: hier strickt jemand (ein Gruppe) an der Finanzierung der eigenen abgehobenen Forschung - möglichst LANGfristig (in FERNER Zukunft)? Und SPON ist das einen Artikel wert? (KaiserCh.. meldet sich extra an, um noch 2 Links nachzuschieben? Was soll das? Ein Punkt für den DFG-Antrag: selbst der SPIEGEL hat darüber berichtet?!?!?!?!?) Leute: Wir haben über 100.000 MS-Kranke allein in D, weltweit geschätzt >2Mio. Parkinson grob 5x soviele - und Demenz grob 10x so viele, steigend. Wenn diese Tendenz nicht gestoppt und umgekehrt wird, wird "das System vor die Wand gefahren": wir haben jetzt schon nicht genügend Pflegekräfte, wir haben einen Pflege-NOTSTAND! Und da haben irgendwelche Labor- und Computer-Fuzzis nichts Besseres zu tun, als ihren spinnterten Spielereien nachzugehen? Denen muß der Geldhahn zugedreht werden! Die sollen ihre Zeit und Energie, ihre Fähigkeiten auf relevante Forschung konzentrieren! Ich verstehe nicht, warum SPON nicht endlich etwa die wirklich relevante Forschung der Neuropathologin PD Dr. Dr. Judith Miklossy vorstellt: Sie weist im Alzheimer-Gehirn Spirochäten nach (wie übrigens auch Alan B. MacDonald und George Riviere - also mindestens 3 Gruppen unabhängig voneinander) - und das wird einfach IGNORIERT! Denn: falls richtig (und daran habe ich keinen Zweifel) bedeutet das, daß es sich beim "Alzheimer" um die Folgen einer chroischen ZNS-Infektion handelt, die sich mit billigen Allerwelts-Mitteln wie Doxycyclin stoppen ließe! Das wäre eine Sensation, sicherlich nobelpreiswürdig. (Und das geht dann mit Parkinson und MS und... weiter...) Also liebe SPON-Redaktion: lernt endlich, Wichtiges von Spinnertem zu unterscheiden. Ihr habt eine Verantwortung, nehmt sie bitte wahr.
saaman 31.05.2014
3. Interessant
Aber weiter sind wir damit auch nicht. Wir sehen den Motor, beobachten dass er funktioniert. Aber das Kernstück der Funktion, das menschliche Denken ist damit nicht erklärt. Die konstruktivistische Erkenntnis lehrt uns, wie subjektiv Wahrnehmung und Denken sind. Die Positivisten in der Wissenschaft können sich darüber freuen, wieder ein Stück (auf dem Weg zum Irrtum) vorangekommen zu sein.
gatanis 31.05.2014
4. Da gibt's nun wirklich schlimmeres.
Sie fragen wozu? Nun, man versucht herauszufinden, wie Nervenzellen funktionieren. Wo ist das Problem? Dass (angeblich) funktionierende Ansätze zur Heilung von Alzheimer und ähnliches ingoriert werden ist doch nicht die Folge der Grundlagenforschung von Nervenzellen. Also wozu die Aufregung. Wenn Sie sich schon so aufregen, dann bitte über die immer stärker grassierende Seuche an sogenannten "Sozialwissenschaften", die in herbeigedichteten Studien versuchen uns weiszumachen, das Geschlecht sei ein kulturelles Konstrukt (Stichwort "Gendermainstreaming") oder dass unsere Sprache bis zur Unkenntlichkeit verschandelt werden muss, weil sie ansonsten angeblich Frauen unterdrückt oder dass jetzt wie wild nach Lösungen gesucht wird, Ampelmännchen gender-neutral zu gestalten und viele andere überflüssige ins Leben gerufene Projekte, die nur das Ziel haben, Leute die keine Lust hatten, sich mit ernsthafter Forschung auseinander zu setzen, eine sinnlose Betätigung zu verschaffen. Diese "Forschungsbereiche" haben inzwischen groteske Züge angenommen und wirken sich bereits negativ auf das Unileben aus, und Sie regen sich über echte Grundlagenforschung auf, bei der es um Zusammensetzung und Wechselwirkung von Proteinen in unserem Gehirn geht und die zu fundamentalen Kenntnissen und einem tieferen Verständnis über unser Gehirn führen werden?
smocker1989 01.06.2014
5.
Zitat von gatanisSie fragen wozu? Nun, man versucht herauszufinden, wie Nervenzellen funktionieren. Wo ist das Problem? Dass (angeblich) funktionierende Ansätze zur Heilung von Alzheimer und ähnliches ingoriert werden ist doch nicht die Folge der Grundlagenforschung von Nervenzellen. Also wozu die Aufregung. Wenn Sie sich schon so aufregen, dann bitte über die immer stärker grassierende Seuche an sogenannten "Sozialwissenschaften", die in herbeigedichteten Studien versuchen uns weiszumachen, das Geschlecht sei ein kulturelles Konstrukt (Stichwort "Gendermainstreaming") oder dass unsere Sprache bis zur Unkenntlichkeit verschandelt werden muss, weil sie ansonsten angeblich Frauen unterdrückt oder dass jetzt wie wild nach Lösungen gesucht wird, Ampelmännchen gender-neutral zu gestalten und viele andere überflüssige ins Leben gerufene Projekte, die nur das Ziel haben, Leute die keine Lust hatten, sich mit ernsthafter Forschung auseinander zu setzen, eine sinnlose Betätigung zu verschaffen. Diese "Forschungsbereiche" haben inzwischen groteske Züge angenommen und wirken sich bereits negativ auf das Unileben aus, und Sie regen sich über echte Grundlagenforschung auf, bei der es um Zusammensetzung und Wechselwirkung von Proteinen in unserem Gehirn geht und die zu fundamentalen Kenntnissen und einem tieferen Verständnis über unser Gehirn führen werden?
zumindest kann man nach gewissen Forschungen schon mal den Grenzwert ausknobeln bei den dies Bauteil auch mal Kaputt geht. Aber in einem Punkt stimm ich zu man weis noch garnichts über Quantenzusammenhänge außer das Transportsystem.
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