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25.11.09 · 12:25 Uhr

Geschwindigkeitsrausch in Pixel pro Minute

Kategorie: Naturwissenschaften

Für die Mitarbeiter hier sind manche Arbeitsschritte nicht besonders spannend, eher Routine. Für mich natürlich nicht. Oder weiß jemand wie man die Geschwindigkeit misst, mit der Mikrotubuli wachsen?

Bei all der Faszination, die von dieser Forschung an den winzigen Zellen und ihren Mikroröhrchen ausgeht: In der täglichen Arbeit gibt es natürlich auch immer mal wieder Arbeitsschritte, die nicht ganz so spannend sind.

Nicola zum Beispiel durchsucht gerade Videos, die er von Zellen aufgenommen hat, (die Filme sehen aus wie die, die wir schon kennen). Er möchte wissen, wie schnell Mikrotubuli wachsen. Dazu hat er einen Film mit Zellen zusammengestellt, der alles in in allem etwa eine Stunde lang ist. Den spult er Stück für Stück vor und sucht nach Zellen, in denen das Wachstum der Mikrotubuli schön d.h. definiert zu erkennen ist. Dann markiert er auf dem Mikroröhrchen einen Wachstums-Startpunkt, einen zweiten Punkt und den Endpunkt und kopiert den Ausschnitt in seine Datenbank. Auf diese Weise möchte er etwa fünfzig Fälle sammeln.

Das heißt: Fünfzig Mal einen schön wachsenden Mikrotubulus finden, den Anfangspunkt markieren, zum nächsten Bild springen, den nächsten Punkt markieren, zum nächsten Bild springen, den Endpunkt markieren.

Die große Zahl ist nötig, um ein ordentliche Stichprobe für eine aussagekräftige Statistik zusammenzubekommen.

Aber wie misst man die Wachstumsgeschwindigkeit von Mikrotubuli?

Man lässt den Computer Pixel zählen.

Wenn Nicola den richtigen Mikrotubulus gefunden hat, markiert er wie schon beschrieben den Anfangspunkt, einen zweiten Punkt und einen Endpunkt. Definiert werden die Abschnitte durch die Einzelbilder des Films, die im Abstand von 30 Sekunden aufgenommen werden.

Im ersten Bild (siehe unten) markiert Nicola den Startpunkt (per Mausclick auf die Mikrotubulispitze), beim zweiten Bild, das 30 Sekunden später entstanden ist, ist das Röhrechen bereits ein Stück gewachsen. Nicola markiert erneut die Spitze, um schließlich im dritten Bild den Endpunkt festzuhalten. Mit diesen drei Punkten berechnet der Computer die Wachstumsgeschwindigkeit der Mikrotubuli.

Das Maßband, mit dem die Software die Distanz misst, die das Proteinröhrchen innerhalb von 30 Sekunden wächst, sind die Bildpixel. Jedes Pixel hat eine Größe von 0,1 Mikrometer. Vereinfacht gesagt: Die Software zählt die Pixel, die die Mikrotubulispitze vom Startpunkt in Bild 1 zum Punkt in Bild 2 und schließlich in Bild 3 zurück gelegt hat.

Bild: Ein Ausschnitt aus Bild 2, unterhalb der Pfeilspitze.

Da bekannt ist, welche Zeit das Proteinröhrchen für die Pixelstrecke von Startpunkt bis zum Endpunkt benötigt (nämlich eine Minute), kann sie daraus die Geschwindigkeit berechnen.

Das ganze Wachstum sieht übrigens im Film so aus wie unten eingeblendet. Der Film läuft zu schnell und außerdem in einer Schleife.

Tatsächlich wachsen die Mikrotubuli im Durchschnitt etwa zwei Mikrometer pro Minute (oder mehr als 0,1 Millimeter pro Stunde, ein Haar wächst laut Wikipedia 0,3 Millimeter pro Tag), manche sind doppelt, manche halb so schnell. Im Bild legt der Mikrotubulus also durchschnittlich etwa 20 Pixel von Bild 1 bis Bild 3 zurück.

Auf dieselbe Weise kann man auch die Bewegung des Zellkerns untersuchen. Da das ständige Heraussuchen und Markieren tatsächlich aber nicht sehr aufregend ist, hatte sich Nicola bereits mit einem Programmierer zusammengesetzt und dafür eine Programmroutine erstellen lassen, bei der das händische Markieren der Zellkerne entfällt. Für die Geschwindigkeitsbestimmung der Mikrotubuli steht das demnächst an.

Computer kennen eben keine Langeweile.

 

Autor: Marcus Anhäuser· 0 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: Mikrotubuli· Pixel· S. pombe· Software