Onderzoekers van FOM-instituut AMOLF ontwikkelden een microscopietechniek waarmee ze voor het eerst live de ontwikkeling van de cellen van de worm C. elegans kunnen volgen, dus in een groeiend, etend en bewegend organisme. Volgende stap is om ook zicht te krijgen op de rol van omgevingsfactoren op de ontwikkeling. De onderzoekers publiceren hun bevindingen op 25 augustus in Nature Communications.
Bij mens en dier staat de periode na de geboorte in het teken van groei en ontwikkeling. Hoe dit proces zich manifesteert in de cellen van een organisme bleef echter tot nu toe verborgen. Met de nieuwe techniek komt dit proces in beeld: het is nu mogelijk is om op het niveau van individuele cellen én tijdens de hele ontwikkeling van larve tot volwassen dier de celontwikkeling te volgen.
Hoe maak je een film van ontwikkeling larve tot worm?
Een belangrijk onderdeel van de nieuwe microscopietechniek is de ‘time-lapse’ film, waarbij effecten die traag verlopen versneld in beeld komen. Groepsleider Jeroen van Zon vertelt: “De uitdaging bij het gebruik van ‘time-lapse’ voor het bestuderen van de post-embryonale ontwikkeling is de beweeglijkheid van organismen. Dit maakt het voor ons lastig om ze in dit ontwikkelingsstadium onder de microscoop op de juiste plek te houden.” De worm C. elegans bood uitkomst. Het diertje is klein en groeit bovendien in slechts twee dagen van larve tot volwassen worm. Van Zon en zijn team plaatsten C. elegans larven in microkamertjes ter grootte van de doorsnede van een haar, zodat ze zich binnen het blikveld van de microscoop ontwikkelden tot volwassen worm. Met een microscoop met een zeer korte sluitertijd (1-10 milliseconde) maakten de onderzoekers scherpe afbeeldingen, zelfs als de larven snel bewogen. Het resultaat is een ‘time-lapse’ film van de ontwikkeling van een pasgeboren larve van honderd micrometer tot een één millimeter lange volwassen worm.
Beter zicht op biologische klok van ontwikkelingsprocessen
Met de nieuwe microscopietechniek is het nu mogelijk meer te weten te komen over post-embryonale ontwikkeling, ook van mensen. Bijvoorbeeld de nog onbeantwoorde vraag hoe het lichaam precies weet wanneer belangrijke veranderingen, zoals het wisselen van het melkgebit zich moeten voltrekken. Over de ‘biologische klok’ die dit precieze moment bepaalt is nog weinig bekend. Net als bij de mens verloopt de ontwikkeling van de worm C. elegans ook volgens een bepaald ritme. De onderzoekers zagen hoe bepaalde eiwitten, die voor het experiment fluorescent waren gemaakt, iedere tien uur in de larven werden geproduceerd. Een biologische klok stuurt deze eiwitproductie, die nu voor het eerst op film is vastgelegd.
De rol van de omgeving op de ontwikkeling
Nu het mogelijk is om ontwikkeling op het niveau van individuele cellen te volgen in een groeiend en bewegend organisme komt de volgende stap in beeld. Van Zon wil de ‘time-lapse’ microscopietechniek gebruiken om te begrijpen hoe omgevingsfactoren zoals dieet de ontwikkelingsklok van C. elegans beïnvloeden. “Net als bij de mens bepalen signaaleiwitten, zoals bijvoorbeeld insuline, deze wisselwerking,” vertelt Van Zon. “Daar willen we meer over weten en deze techniek biedt veel perspectief!”.
(a) Een C. elegans worm groeit in een microkamertje. De worm licht groen op als het eiwit MLT-10 op dat moment wordt aangemaakt. Dit eiwit maakt deel uit van de biologische klok die het ritme bepaalt van zijn ontwikkeling. De aangegeven tijd is het aantal uren sinds de larve uit het eitje is gekomen.
(b) Metingen van de MLT-10 productie als functie van de tijd voor 15 verschillende wormen. De zwarte curve hoort bij de worm in het eerste beeld (a). Het ontwikkelingsritme varieert van worm tot worm, waardoor sommige wormen eerder volwassen zijn dan anderen. Deze variatie wordt pas zichtbaar als individuele wormen tijdens hun hele ontwikkeling gevolgd kunnen worden.
Referentie
Nicola Gritti, Simone Kienle, Olga Filina en Jeroen Sebastiaan van Zon, Long-term time-lapse microscopy of C. elegans post-embryonic development, Nature Communications,
DOI 0.1038/NCOMMS12500
Video
‘Time-lapse’ film van de biologische klok in C. elegans wormen.
