Zebrafischkiemen wachsen, wenn die Fische trainieren

In den letzten Wochen hab’ ich’s immer wieder angetönt, ich hatte viel mit Zebrafischen zu tun.
Beim Schaffen hatten wir ein grosses Projekt, bei dem ich die Auswertung von Tomographiedaten (und anderem) übernommen habe, damit wir schlussendlich sicher sagen konnten, dass die Kiemen von Zebrafischen wachsen, wenn die kleinen Fische feste trainieren.

Aber alles der Reihe nach: Wie ihr wisst, arbeite ich seit einiger Zeit am Institut für Anatomie mit zwei MicroCT-Geräten und mache biomedizinische Forschung.
Zebrafische sind nicht nur härzige Aquariumbewohner, sondern auch ein prima Modellorganismus in der Biologie.
Dies, weil sie unter anderem im Anfangsstadium ihres Lebens durchsichtig sind, also sehr gut geeignet sind um das Organwachstum zum Beispiel unter dem Mikroskop zu untersuchen.
Im Projekt, bei dem ich mitgearbeitet habe ging es auch um das Organwachstum, aber nicht darum, dass das Organ durchsichtig ist.
Wir wollten nämlich prüfen, ob die Kiemen der Zebrafische wachsen, wenn sie ausgiebig trainiert werden.

Dazu wurden die Fische während einigen Wochen von Matthias und Dea in einem sogenannten Schwimmtunnel trainiert.
Von 20 diesen Fischen haben Oleksiy, Fluri und ich dann hochaufgelöste, röntgentomographische Aufnahmen des Kopfes gemacht.
Aus diesen dreidimensionalen Aufnahmen haben Dea und Matthias dann die Kiemen virtuell ausgeschnitten.
Diese ausgeschnittenen Kiemen habe ich dann in einem ziemlich langen Jupyter Notebook analysiert, so dass wir schlussendlich zum Schluss gekommen sind, dass die Kiemen der trainierten Fische einerseits grösser und andererseits ‘luftiger’ werden, d.h. die Abstände zwischen den Ästen der Kiemen grösser sind.

Da ich es extrem wichtig finde, dass unsere Resultate nachvollziehbar sind, habe ich versucht meine Arbeit am Projekt so zu machen, dass diese im Stil von Reproducible research von A-Z nachvollziehbar ist.
Die Daten, die Dea und Matthias aus den grossen gescannten Datensätzen digital ausgeschnitten haben, sind bei der OpenScienceFoundation zu finden, sogar mit eigener DOI:10.17605/OSF.IO/A5ESX.
Wenn diese 20 Datensätze heruntergeladen [1] und in einem Verzeichnis auf einem Rechner ausgepackt werden, ist ein Grossteil der Daten die es zum Nachvollziehen braucht schon da. Der Rest (Bilder, Excel-Files, etc.) ist alles im GitHub-Repository meiner Analyse zu finden, das also auch ‘nur’ ausgecheckt werden muss.
Dann muss das Notebook gestartet werden und das Verzeichnis mit den Rohdaten in Zelle 16 des Notebooks angepasst werden. Anschliessend dauert die Berechnung je nach Leistungsfähigkeit des Rechners eine kurze oder lange Weile [2], Zwischenschritte werden jeweils ins oben angepasste Verzeichnis gespeichert, falls mal die Rechenleistung nicht ausreicht…

Schlussendlich habe ich dann die so generierten Bilder und Tabellen ins Manuskript kopiert, welches wir gemeinsam auf Authorea geschrieben haben.
Mit einem Klick haben wir das Manuskript öffentlich gemacht, und es auf bioRxiv hochgeladen: DOI:10.1101/744300.
Das heisst, dass das Manuskript zwar ab dann öffentlich ist, aber dessen Qualität ist noch nicht in einem sogenannten ‘peer review’ sichergestellt.
Dafür haben wir das Manuskript bei PLOS ONE eingereicht.
Dort wurde dann das Manuskript von uns unbekannten Kennern und Kennerinnen der Materie geprüft, ein paar Dinge bemängelt und nach unseren Korrekturen schlussendlich publiziert: DOI:10.1371/journal.pone.0228333.

Weil ich gerne meine Arbeit versuche schön zu zeigen, habe ich dann zum Manuskript aus den Daten noch eine Visualisierung gemacht.
Dieser Film ist unten eingebunden [3].
Die Visualisierung zeigt einen Kopf eines Zebrafisches, den wir gescannt haben.
Das Auge des Zebrafishes hat einen Durchmesser von ungefähr 0.8 mm, der ganze Kopf ist also nicht viel grösser als 5 mm.
Auf der linken Kopfseite wurden die Kiemen entfernt und damit die elektronenmikroskopischen Untersuchungen gemacht.
Auf der rechten Seite des Kopfes tauchen die Kiemen als rotes Volumen auf.

In Zebrafischen sind diese Kiemen als vierblättrige Struktur aufgebaut, die eben mit Training einerseits grösser und andereseits luftiger wird.
Cool, oder?

[1]: Am einfachsten mit diesem kleinen Bash-Skript.

[2]: Mein Bürorechner hat 196 GB RAM und eine 2 TB-NVMe SSD.

[3]: Da ich den Film nicht direkt von PLOS ONE einbinden konnte, habe ich eine Kopie meines Films auf Youtube hochgeladen.

Einfache Probleme, völlig over-engineered

Ich weiss, ich hab’ schon lange versprochen, ich schreibe mal über meine neue Arbeit. Was ich letzte Woche mal so nebenbei gemacht habe, gibt mir die Gelegenheit dazu. 3 Dinge kommen zusammen, die diesen Blog-Eintrag ausmachen: Die neue Arbeit, 3D-Drucker und ein Flug zurück von Marokko.

Seit Juni arbeite ich nicht mehr am PSI, sondern wieder an der Uni Bern, speziellerweise im selben Haus, in dem ich die Doktorarbeit geschrieben habe. Ich beschäftige mich immer noch mit hochauflösender Röntgen-Tomographie, einfach nicht mehr mit einer Synchroton-Röntgenquelle und einem krassen Aufbau auf einem Labortisch, sondern arbeite an zwei kommerziell erhältlichen Tisch-MikroCT-Geräten. Da kommt es z.B. mal vor, dass ein kleiner Fisch genauer angeschaut wird…

Coolerweise haben wir dort einen primasuprigen 3D-Drucker, mit dem ich einiges an angepassten Probenhaltern ausgedruckt habe, damit wir allerlei verschiedene Proben in unseren Geräten mikro-tomografieren können.

Und eben, letzthin waren wir in Marokko in den Ferien. Das war wunderbar, auch mit der Kleinen. Beim Rückflug ist an unserem Kinderwagen ein Kleinteil abgebrochen, irgendwo beim Ein- oder Ausladen, oder bein Zusammenlegen oder Auseinanderklappen, spielt ja keine Rolle…

Und jetzt kommt alles zusammen: Glücklicherweise ist das Kleinteil symetrisch an unserem Kinderwagen vorhanden. Also habe ich vom noch ganzen Teil im MikroCT eine Röntgentomographie-Aufnahme gemacht. Mit etwas Bildbearbeitung entsteht aus dieser Tomografie-Aufnahme das untenstehende Bild.
Phil und Teds-Stück, animiert
Dieser Datensatz kann dann in ImageJ als STL-Datei exportiert werden, ein Datenformat, welches der 3D-Drucker versteht. Nach gut 2 Stunden Warten sieht das Ding dann – frisch aus dem Drucker – so aus.

Fertiger print, 1
Fertiger print, 2

Farblich nicht ganz passend, aber von der Form her passt’s perfekt. Nachdem die Stützstrukturen entfernt wurden kann das Ding endlich montiert werden und sieht dann so aus. Alles viel einfacher als das Ersatzteil im Laden besorgen, oder?

Montiert

Also, Herr Chm, falls bei Ihnen dasselbe Teil abbricht, melden Sie sich, ich kann’s gerne nochmals ausdrucken…

saletti!

also, ich verabschiede mich mal, ich bin bis zum 25. mai in den usa, präsentiere am ATS-meeting meine arbeit der letzten monate und schaue, dass ich keine influenza a(h1n1) nach hause bringe.

häbets guet und bis gli. falls online-mässig etwas geht, dann wohl am ehesten bei der open-source-variante von twitter, hier.