Zellstrukturen verstehen – Neues Instrument zur Analyse des pflanzlichen Aktin-Zytoskeletts

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Zoran Nikoloski hat mit „Graph of Filaments over Time“ (GraFT) ein computergestütztes Tool entwickelt, das die detaillierte Analyse und Rekonstruktion von Aktin-Filamentstrukturen in Pflanzenzellen ermöglicht. Dieses Instrument könnte die Untersuchung fadenförmiger Zellstrukturen revolutionieren. Es erlaubt deren automatisierte und hochpräzise Verfolgung sowie Nachverfolgung.

Netzwerkanalyse löst Komplexität des Aktin-Zytoskeletts

Obwohl das Aktin-Zytoskelett als komplexes Netzwerk aus Proteinfilamenten eine entscheidende Rolle für die Form, Stabilität und Bewegung von Zellen spielt, bleibt die präzise Analyse seiner Dynamik und räumlichen Anordnung eine große Herausforderung für die Zellbiologie. Das neue Instrument „Graph of Filaments over Time“ (GraFT) überwindet diese Hürde nun durch einen umfassenden netzwerkbasierten Ansatz. Auf Grundlage von zweidimensionalen, zeitaufgelösten Bilddaten ermöglicht das Tool eine detaillierte Erfassung der filamentösen Strukturen und ihrer Veränderungen.

Präzise Einblicke in die Immunabwehr

In experimentellen Tests an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana konnte das Forschungsteam mithilfe von GraFT komplexe Filament-Netzwerke präzise kartieren und dynamische Veränderungen innerhalb des Zytoskeletts unter verschiedenen physiologischen Bedingungen modellieren. Über die reine Strukturanalyse hinaus liefert das Tool wertvolle Einblicke in die pflanzliche Zellbiologie: So beobachteten die Forschenden, wie spezifische Virulenzfaktoren, die Infektionen und Gewebeschäden fördern, die Eigenschaften des Aktin-Zytoskeletts gezielt manipulieren. Diese Erkenntnisse sind entscheidend, um die Mechanismen der pflanzlichen Pathogenabwehr grundlegend zu verstehen.

GraFT entschlüsselt zellbiologische Prozesse

Zusätzlich ermöglicht GraFT wertvolle Einblicke in die pflanzliche Zellbiologie, indem es Forschenden erlaubt zu beobachten, wie bestimmte Virulenzfaktoren – die Infektionen begünstigen und Gewebeschäden verursachen – die Eigenschaften des Aktin-Zytoskeletts gezielt verändern. Diese gewonnenen Erkenntnisse sind entscheidend für ein tieferes Verständnis der pflanzlichen Pathogenabwehr.

„GraFT ermöglicht eine vollautomatische Analyse der räumlich-zeitlichen Anordnung von Aktin-Filamentstrukturen und ebnet den Weg für ein besseres Verständnis der Auswirkungen der Aktindynamik auf verschiedene Pflanzenmerkmale“, sagt Prof. Dr. Zoran Nikoloski. Neben seiner analytischen Leistungsfähigkeit zeichnet sich das Tool durch hohe Benutzerfreundlichkeit aus. Dabei stellt eine frei zugängliche Python-Implementierung sowie eine Online-Version sicher, dass Forschende weltweit von dieser Technologie profitieren können.

Quelle

Universität Potsdam (03/2026)