Technologie

Roboter fängt präzise Fruchtfliegen für medizinische Tests

Für Forschungszwecke greifen Wissenschaftler gern auf Fruchtfliegen zurück. Um diese aber zu fangen und nach Art zu sortieren, ist viel Zeit notwendig. Ein ganz präziser Roboterarm soll nun in der Lage sein, die Fruchtfliegen zu fangen und zu sortieren.

Gemeine Fruchtfliegen: in der Küche eher unbeliebt, in der Forschung wegen ihrer Gene dagegen sehr gefragt. (Foto: Flickr/John Tann/CC by 2.0)

Gemeine Fruchtfliegen: in der Küche eher unbeliebt, in der Forschung wegen ihrer Gene dagegen sehr gefragt. (Foto: Flickr/John Tann/CC by 2.0)

Ein Forscherteam aus Biologen und Roboter-Ingenieuren hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Arbeit mit Labortieren zu optimieren. Das Resultat ist ein mit Hochleistungslinsen ausgestatteter Roboter. Die Kombination aus hochauflösender Kameratechnik, schneller Datenverarbeitung und präziser Robotik bilden die ideale Grundlage, um kleine und kleinste Forschungsobjekte in den Griff zu bekommen.

Der Roboter ist in der Lage, einzelne Fruchtfliegen eindeutig zu identifizieren, um diese anschließend zu sortieren. Bisher wurden diese Aufgaben per Hand durchgeführt. Studentische Hilfskräfte verbringen Tage und Nächte in Laboratorien, um diese Sisyphusarbeit zu bewältigen. In den ersten Testläufen hat es der Roboterarm geschafft, knapp 1.000 Fruchtfliegen innerhalb von zehn Stunden zu identifizieren und zu sortieren.

Für die biomedizinische Forschung ist die gemeine Fruchtfliege einer der wichtigsten Modellorganismen. Die Tiere sind klein und leicht zu beherbergen. Es ist kein großer Aufwand, die Tiere zu Hunderten zu produzieren. Auch die Versorgung mit Nahrung ist einfach und kosteneffizient. Der wichtigste Punkt ist allerdings, dass die Gesamtheit des Erbgutes (Genom) dem menschlichen im Aufbau sehr ähnlich ist. Forscher können aus den Testergebnissen durchaus Rückschlüsse auf den Menschen ziehen.

So effizient wie die Forschungsergebnisse der Fliegen sind, so unbeliebt ist allerdings die Arbeit mit den Tieren. Biomediziner, Biologen und weitere Wissenschaftler, die unzählige Stunden damit verbringen, Fliegen einzufangen, zu identifizieren und zu präparieren, dürften über die neue Technologie hoch erfreut sein. Denn sie beschleunigt nicht nur die Arbeitsabläufe, sie ermöglicht auch komplett neue Forschungsansätze.

Der Roboter verwendet für die Erfassung ein für die Fliege unsichtbares IR-Licht. Trifft das IR-Licht auf den Körper der Fliege, wird es reflektiert und der Roboter kann anhand dieser Reflexion die Position der Fliege bestimmen. Mit der Hilfe eines Saugrohres wird das Tier angehoben. Eine Anästhesie ist nicht mehr notwendig. Bisher wird Ether verwendet, um die Bewegungen einzudämmen oder eine komplette Betäubung zu erreichen.

Hat der Roboter das Objekt erfasst, ist er in der Lage, das Geschlecht zu bestimmen. Auch eine Reihe von physikalischen Eigenschaften wird präzise ermittelt. Ist eine Analyse des Gehirns notwendig, nimmt er Mikroeinschnitte vor, um dies freizulegen. Eine Aufgabe, die momentan noch Skalpell und Fingerspitzengefühl benötigt.

Die Nachrichten-Website Gizmag berichtete, dass Mark Schnitzer, leitender Professor der Forschungsgruppe, und sein Team bereits neue Forschungsbereiche betreten haben. Das menschliche Auge ist nicht in der Lage, Verhaltensstudien an Fliegen durchzuführen. Vor allem dann, wenn mehrere Tiere zeitgleich beobachtet werden sollen. Die Robotertechnologie erlaubt es den Wissenschaftlern, detaillierte Daten zu sammeln und bestimmte Verhaltensweisen zu identifizieren.

Die New York Times hat ein Experiment beschrieben, bei dem eine Fliege auf einem Trackball platziert wird. Der Roboter arbeitet so präzise, dass er den Widerstand der Fliegenbeine erkennen kann, um so ein Zerquetschen zu vermeiden. Die Fliege wird mit verschiedenen Gerüchen konfrontiert. Über den Trackball werden Reaktionszeit, Laufrichtung und Laufgeschwindigkeit gemessen.

Die Fruchtfliege Drosophila wird für eine Vielzahl von Forschungsgebieten verwendet. Auch in der Schlafforschung wird sie herangezogen, um Medikamente für Altersschlaflosigkeit zu testen. Denn auch alte Fliegen haben es nicht leicht, nachts ein Auge zuzubekommen. Selbst bei der Suche nach ewiger Jugend schauen die Wissenschaftler auf die kleinen Tiere. Anti-Aging-Medikamente zeigen erstaunliche Ergebnisse, deren Resultate auch auf den Menschen übertragbar sind.

Die Roboter-Technologie ist nicht nur äußerst effizient für die Arbeitsabwicklung, auch die Kosten sind überraschend gering. Der Prototyp hat einen Gesamtwert von lediglich 5.000 US-Dollar. Im Vergleich zur erwartenden Kostenersparnis für Arbeitsstunden ist der Roboter ein wahres Schnäppchen. Es bleibt abzuwarten, inwieweit Forscher diese moderne Methode der Forschung nutzen werden. Fest steht jedoch, dass Fruchtfliegen nun effizienter genutzt und analysiert werden können als jemals zuvor.

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