Zellkultur 

Die Zellkultur bezeichnet seit den Fünfziger Jahren eine Reihe von Techniken und Anwendungen zur Haltung und Manipulation höherer eukaryontischer Zellen aus Tier und Mensch. Für die Grundlagenforschung und Entwicklung ist die Zellkultur ein leicht zugängliches System, um konkrete Aufschlüsse über Stoffwechsel, Signaltransduktion sowie Protein- und Genexpression zu gewinnen.

Während in der sog. Primären Zellkultur Einzelzellen, z.B. embryonale Stammzellen oder ganze Gewebe aus lebenden Organismen entnommen werden, stehen hier in der sekundären Zellkultur unsterbliche Hybridoma- bzw. Tumorzelllinien mit spezifischen Eigenschaften fast unbegrenzt zur Verfügung. Insbesondere als valides Modellsystem für den Menschen lassen sich so die Wirkungsweise und Toxizität von Testsubstanzen abbilden.

Allen Arbeitsweisen ist die aseptische Haltung unter definierten Bedingungen gemeinsam (als Suspensionskultur oder adhärent im Nährmedium wachsend), wobei nicht nur Beeinflussung von Wachstum und Entwicklung durch Zusätze wie Cytokine und Pharmaka, sondern auch gezielte Veränderung des Genoms und der Proteinexpression durch Transfektion mit Plasmiden und interferierender RNA möglich sind.

Diese Anwendungen bieten den großen Vorteil von hoher Reproduzierbarkeit bei relativ geringem Aufwand und sind beliebig skalierbar, von Mikrotiterplatten mit wenigen Zellen bis auf mehrere hundert Gramm Zellmasse für Proteinlysate und Gewinnung niedrig abundanter Proteine. Zahlreiche Zelllinien aus Mensch und Tier stehen uns zur Wahl, um individuell den Anforderungen des Experimentators zu genügen (z.B. HEK293T, SH-SY5Y, HMV-II, SHEP-SF, KCN, U373, COS, HeLa, siehe auch ECACC). Unser Augenmerk liegt hierbei auf den Repräsentanten des Nervensystems.

Abb.1: Adhärent wachsende humane Astroglia, immunhistochemische Färbung mit Fluoreszenzfarbstoffen. Rot:  Cy3 – gekoppelter Antikörper gegen gliales fibrilläres acides Protein im Zellkörper, Blau: Topro gefärbte Nukleinsäuren im Zellkern. Das immunolabeling durch farbstoffkonjugierte Antikörper ermöglicht die Erkennung eines Zelltyps oder einzelner Strukturen anhand charakteristischer Epitope. 

Referenzen/Literatur:

Wikipedia: Zellkultur
B. Alberts, Molekularbiologie der Zelle, Wiley-VCH
S. Schmitz, Der Experimentator: Zellkultur, Elsevier
T. Lindl, Zell- und Gewebekultur, Spektrum akademischer Verlag

Molekularbiologie 

Die Molekularbiologe ist die Basis für sämtliche Arbeiten mit RNA und DNA, für deren Analyse und Manipulation in Pro- und Eukaryonten. Sie untersucht das biologische System auf zellulärer Ebene, wobei unser Augenmerk auf der resultierenden Proteinbiosynthese liegt.

Design und Klonierung gewünschter DNA-Sequenzen zur induzierten Überexpression oder Unterdrückung von Proteinen, Untersuchungen zur Genfunktion, gehen diversen Anwendungen z.B. in der Zellkultur voraus. Es werden dadurch sog. gain-of-function- oder loss-of-function-Experimente möglich. Auf diese Weise lassen sich die Entstehung, Funktion und Regulation von Proteinen und ihren RNA-Vorläufern schrittweise nachvollziehen, beispielsweise die des Amyloid Precursor-Proteins oder des Neuromelanins.
Die Resultate werden standardmäßig durch spezielle PCR-Anwendungen und Blott-Techniken verifiziert und quantifiziert (z.B. real time quantitative PCR oder cDNA-Synthese, DNA/RNA-Gelelektrophorese und Southern/Northern Blot). So sind unabhängige Nachweismethoden verfügbar und es ergeben sich fließende Übergänge zur Biochemie und Proteinanalytik.

Abb. 2: DNA Gelelektrophorese, Aufnahme eines 0,8 % - igen Agarosegels, gefärbt mit Ethidiumbromid. Zu sehen sind vertikal nach Größe aufgetrennte DNA Fragmente nach einem Verdau mit einer Kombination von Restriktionsenzymen. Durch die Spezifität der Restriktionsenzyme entstehen einzigartige Schnittmuster in der DNA, die eine Identifikation von klonierter / manipulierter DNA ermöglichen.

Referenzen/Literatur:

Wikipedia: Molekularbiologie 
Wikipedia: Proteinsynthese
Labormanual zu Arbeitstechniken mit DNA und Proteinen
B. Alberts, Molekularbiologie der Zelle, Wiley-VCH Verlag
J. M. Berg, Biochemie, Spektrum akademischer Verlag
C. Mülhardt, Der Experimentator Molekularbiologie/Genomics, Elsevier