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Schau mal genau hin
Produktübersicht: Bildanalyse-Systeme

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Es ist noch gar nicht so lange her, da waren Proteomiker auf ihre eigenen Augen und ihre Erfahrung angewiesen, wenn sie die Spots auf 2-D-Gelen beurteilen mussten. Heute übernimmt meist ein digitales Bildanalyse-System diese diffizile Aufgabe.

So langsam wird es eng für das versprengte Häuflein Forscher, das seine DNA oder Protein-Gele noch mit analogen Sofortbildkameras ablichtet und dokumentiert. Nachdem Polaroid Ende 2008 die Produktion von Sofortbild-Filmen eingestellt hat, ist Fujifilm der einzig verbliebene Hersteller von Sofortbildfilmen für die klassische Geldokumentation mit Sofortbild-Kamera und -Film. Viel zu übermächtig ist mittlerweile die digitale Konkurrenz, und die allermeisten Labore arbeiten längst mit digitalen Bildanalyse-Systemen.


Bescheidene Wünsche

Diese haben zwar nicht den Charme der alten Polaroids, die man liebevoll in das Laborbuch einklebte, dafür kann man mit ihnen Gelbilder in der Regel nicht nur aufnehmen und archivieren, sondern auch analysieren. Die Vorgaben von Proteinchemikern oder Proteomikern an Gelanalyse-Systeme sind im Grunde simpel: das Gerät soll schnell und präzise herausfinden, wo sich Banden, oder bei 2-D-Gelen Spots, befinden, wie groß diese sind und welche Proteinmengen sie enthalten. Eigentlich ganz bescheidene Wünsche, die aber alles andere als leicht zu realisieren sind. Zunächst muss das System ein Bild des Gels aufnehmen. Da die Farbstoffpalette der Biowissenschaftler kaum noch zu überblicken ist und alles Erdenkliche enthält, was fluoresziert, chemo- und bioluminisziert, phosphorisziert oder anderweitig leuchtet und blinkt, sind Bildanalyse-Geräte mit unterschiedlichsten Scannern, Fluoreszenz- oder Vielzweck-Imagern, CCD- und Video-Kameras ausgerüstet.

Sind die Gelbilder erst einmal im Kasten, ist es geschickt, wenn man sie auch archivieren kann. Dazu bieten sich Systeme mit integrierter Archivierungs-Funktion an, mit denen sich die Aufnahmen digitalisieren und auf Festplatte oder DVD speichern lassen. Die auf dem Speichermedium abgelegten Gel-Bilder kann man dann jederzeit wieder auf den Bildschirm holen oder ausdrucken.

In digitalen Gel-Fotoalben zu blättern und in den Erinnerungen an all die glorreich gefahrenen Elektrophoresen zu schwelgen mag zwar nett sein, das Hauptaugenmerk des Forschers ist jedoch auf die optische Auswertung der digitalisierten Proteinbanden oder Spots gerichtet. Hier ist das Know-How von Bioinformatikern gefragt, die die Analyse mit pfiffigen Programmen erleichtern beziehungsweise dem durchschnittlichen, in Sachen Optik und Informatik zumeist unterbelichteten Biologen erst ermöglichen. Im Vordergrund stehen die Kalibrierung der Gele, bei der die Analysesoftware die Hintergrundfärbung subtrahiert, um Proteinflecken sauber vom Hintergrund abgrenzen und quantifizieren zu können, sowie die Korrektur von Artefakten. Zu den Gel-„Kunstwerken“ zählen zum Beispiel „grinsende“ Proteinbanden (Smilies) aber auch Abweichungen in den Spotpositionen, die bei separaten 2-D-Gel-Läufen trotz identischer Proben unvermeidlich auftreten.

Speziell die Schwankungen der Spotpositionen bei 2-D-Gelen sind den Proteo­mikern ein Dorn im Auge, weil sie die Konstruktion von Expressionsprofilen erschweren oder gänzlich verhindern. Mit Bildentzerrungstechniken (Image Warping), versuchen die Programmentwickler die krummen und verformten Spots „gerade zu biegen“ und in Position zu bringen. Dazu werfen sie aber keine WarpTriebwerke an wie einst Captain Kirk vom Raumschiff Enterprise, wenn er mit Warp-Geschwindigkeit den Klingonen durch den gekrümmtem Raum davonfliegen wollte. Warping-Programme suchen ganz unspektakulär nach korrespondierenden Spots zweier Gel-Paare und erzeugen daraus ein Überlappungsbild (Overlay), das als Grundlage für die weitere Bildauswertung dient. Erst nach dem Warping sind die eigentlichen Analyseprogramme an der Reihe, die darauf getrimmt sind Spots und deren Ränder einzugrenzen und die in den Spots enthaltenen Proteinmengen abzuschätzen.


Rohdaten über alles

So gut Bildanalyse-Systeme inzwischen sein mögen, handwerkliche Fehler bei der Elektrophorese oder dem Umgang mit Gelen können auch sie nicht immer ausbügeln. Das entscheidende Kriterium für erfolgreiche 1- oder 2-D-Gel-Experimente ist nach wie vor die Qualität der Rohdaten. Wenn etwa die Hintergrundfärbung eines 2-D-Gels zu aufdringlich ist, weil bei der Entfärbung etwas schief lief oder die Phosphorimagerplatte nicht ganz gelöscht war, hilft das beste Imaging-System nichts. Ziemlich ernüchternd ist auch, was Hermann Wätzig und Xi Deng von der TU Braunschweig in Laborjournal (7-8/2009, S:58) zur Auswertung von 2-D-Gelen schreiben. Die beiden gehen davon aus, dass Schwankungen der Hintergrund-Basislinie, die auch die beste Bildanalyse-Software nicht vollständig kompensieren kann, die Hauptfehlerquelle bei Gelauswertungen sind. Es macht also durchaus Sinn erst einmal in die Beseitigung dieser experimentellen Fehler zu investieren, bevor man darüber nachdenkt, ein neues Bildanalyse-System anzuschaffen.


(Erstveröffentlichung: H. Zähringer, Laborjournal 10/2009, Stand: September 2009, alle Angaben ohne Gewähr)


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Letzte Änderungen: 06.10.2009


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