8. Thema: Tumore Zelle für Zelle verstehen – moderne Einzelzell-Analysen in der Krebsforschung
Koordinatorinnen:
Gesa Poetzsch und Anja Schubert
Vorstellung TRON und Single-Cell Omics Unit:
TRON ist ein unabhängiges, gemeinnütziges Forschungsinstitut in Mainz, das neue diagnostische und therapeutische Ansätze für Erkrankungen mit hohem medizinischem Bedarf entwickelt. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf modernen Technologien aus Genomik, Immunologie und Datenanalyse. Ziel ist es, biologische Prozesse bei Krankheiten besser zu verstehen und Forschungsergebnisse in neue personalisierte Therapiekonzepte zu übertragen. [tron-mainz.de]
Die Single-Cell Omics Unit am TRON beschäftigt sich mit der Untersuchung biologischer Proben auf der Ebene einzelner Zellen. Das Besondere daran: Während viele klassische Methoden nur einen Durchschnittswert aus sehr vielen Zellen liefern, ermöglichen Einzelzell-Analysen einen viel genaueren Blick. Die Wissenschaftler können erkennen, welche unterschiedlichen Zelltypen in einer Probe vorkommen, welche Gene in einzelnen Zellen aktiv sind und wie sich Zellen innerhalb eines Tumors voneinander unterscheiden.
Diese Art der Analyse ist besonders wichtig in der Krebsforschung. Denn ein Tumor besteht nicht nur aus Tumorzellen. In und um einen Tumor herum befinden sich viele weitere Zelltypen, zum Beispiel Immunzellen oder Stromazellen, also unterstützende Zellen des Gewebes. Gemeinsam bilden diese Zellen die sogenannte Tumormikroumgebung, auf Englisch Tumor Microenvironment, kurz TME. Die Tumormikroumgebung kann beeinflussen, wie ein Tumor wächst, wie Tumorzellen mit ihrer Umgebung kommunizieren und wie gut eine Therapie wirken kann.
Projektbeschreibung:
Krebs entsteht, wenn Zellen Veränderungen entwickeln und beginnen, sich unkontrolliert zu teilen. Dabei sind Tumore meist sehr vielfältig aufgebaut: Nicht alle Tumorzellen verhalten sich gleich, und auch die Zellen in der Umgebung eines Tumors können eine wichtige Rolle spielen. Manche Zellen können das Tumorwachstum fördern, andere können daran beteiligt sein, den Tumor zu erkennen oder zu bekämpfen.
Um solche komplexen Zusammenhänge besser zu verstehen, verbindet die moderne Krebsforschung experimentelle Laborarbeit mit computergestützter Datenanalyse. Genau diese Verbindung steht im Mittelpunkt dieses Praktikums.
Der Schwerpunkt des Praktikums liegt auf der Untersuchung von Tumorwachstum und der Tumormikroumgebung unter Verwendung experimenteller und computergestützter Ansätze.
Der Schwerpunkt des Praktikums liegt auf der Untersuchung von Tumorwachstum und der Tumormikroumgebung unter Verwendung experimenteller und computergestützter Ansätze.
Im experimentellen Teil werden Tumorzelllinien kultiviert und unter verschiedenen Bedingungen untersucht. Dazu können zum Beispiel unterschiedliche Zusätze wie Zytokine gehören, also Botenstoffe, mit denen Zellen miteinander kommunizieren. Anschließend wird bewertet, wie sich die Tumorzellen unter diesen Bedingungen verhalten. Dabei können Eigenschaften wie Zellwachstum, Überleben der Zellen und äußere Veränderungen der Zellform betrachtet werden. So erhalten die Teilnehmer:innen Einblicke in grundlegende Arbeitsweisen im Zellkulturlabor und lernen, wie Forschende Zellverhalten und zelluläre Reaktionen untersuchen.
Parallel dazu erhalten die Teilnehmer:innen Einblicke in einen computergestützten Ansatz: die Analyse von Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdaten, kurz scRNA-seq. Mit dieser Methode kann untersucht werden, welche Gene in einzelnen Zellen aktiv sind. Dadurch lässt sich erforschen, wie unterschiedlich die Zellen innerhalb eines Tumors sind und welche Zelltypen in der Tumormikroumgebung vorkommen.
Bei der Datenauswertung lernen die Teilnehmer:innen grundlegende bioinformatische Arbeitsschritte kennen. Dazu gehören die Vorbereitung der Daten, das Gruppieren ähnlicher Zellen, auch Clustering genannt, sowie die Analyse der differenziellen Genexpression. Dabei wird verglichen, welche Gene in bestimmten Zellgruppen stärker oder schwächer aktiv sind. Auf diese Weise können verschiedene Zellpopulationen identifiziert und charakterisiert werden, zum Beispiel Tumorzellen, Immunzellen und Stromazellen.
Am Ende werden die Ergebnisse aus dem experimentellen und dem computergestützten Teil zusammengeführt. Ziel ist es zu verstehen, wie Tumorzellen mit ihrer Mikroumgebung interagieren und welchen Einfluss diese Wechselwirkungen auf das Tumorwachstum haben können.
Insgesamt bietet das Praktikum einen interdisziplinären Einblick in die Tumorbiologie und die Einzelzell-Datenanalyse. Die Teilnehmer:innen lernen, wie moderne Labor- und Computermethoden gemeinsam eingesetzt werden, um Krebs besser zu verstehen und die Krebsforschung voranzubringen.
Dieses Forschungsprojekt ist für Schüler:innen ab 18 Jahren möglich.
Da die Betreuer:innen ggf. kein Deutsch sprechen, sind sehr gute Englischkenntnisse notwendig.
