Die Hydra altert nicht: Der unscheinbare Süßwasserpolyp, der in heimischen Teichen, Seen und Flüssen zu Hause ist, erzeugt laufend frische Stammzellen. Daraus können sich die Zellen für die verschiedenen Organe immer wieder nachbilden. Sterben beschädigte oder alte Zellen ab, werden sie ganz einfach durch neue ersetzt. Dieser regenerative Vorgang umfasst sogar Nervenzellen – dazu ist kein anderes Tier auf der Welt imstande.
Hydra-Genom entschlüsselt
Bei Hydra funktioniert die ständige Rundumerneuerung offenbar perfekt: Erkrankungen wie Krebs kennen die wenige Millimeter großen Hohltiere nicht. So ist die Erforschung der molekularen und genetischen Details der immer jungen Süßwasserpolypen auch in Hinblick auf den Menschen interessant. Die Basis dafür ist nun gelegt: Ein internationales Konsortium aus über 70 WissenschafterInnen hat kürzlich das Hydra-Genom entschlüsselt und analysiert.
Auf europäischer Seite waren neben ForscherInnen aus Heidelberg, München und Kiel auch Gruppen aus Wien und Innsbruck an dem 20 Millionen Euro teuren Projekt beteiligt. Maßgeblichen Anteil daran hatten zwei Teams der Universität Wien rund um Ulrich Technau, Professor für Entwicklungsbiologie am Department für Molekulare Evolution und Entwicklung, und Thomas Rattei, seit März 2010 Professor für In Silico Genomics am neuen Department für Computational Systems Biology. Die Entschlüsselung des Genoms erlaubt es den Forschern, weitere spannende Fragen zu stellen: "Vorher konnte man nur einzelne Gene aufgrund ihrer hoch konservierten Ähnlichkeit mit Genen in anderen Organismen isolieren und studieren und daher viele bioanalytische Methoden an Hydra gar nicht anwenden", erklärt Rattei: "Nun können wir unter anderem systematisch und umfassend studieren, welche Gene der Polyp beispielsweise in der Regeneration oder in der Stammzelldifferenzierung benötigt."
Aufschlussreicher Genom-Vergleich
Im Zuge des Genom-Projekts fanden Ulrich Technau und sein Mitarbeiter Patrick Steinmetz, dass Hydra bereits fast alle wichtigen molekularen Komponenten der Muskulatur besitzen, obwohl ihnen das dritte Keimblatt fehlt, aus dem in anderen Tieren die Muskulatur entsteht. Aufschlussreich war auch der Vergleich des Hydra-Erbguts mit jenem anderer Tiere, insbesondere einer nah verwandten Seeanemone: "Das Genom der Hydra weist einen überraschend großen Anteil dynamischer Sequenzen auf, sogenannter transposabler Elemente", so Ulrich Technau. "Man kann an der Genzusammensetzung in gewisser Weise die Auseinandersetzung mit der Umwelt ablesen: Hydra hat in Anpassung an das Süßwasser etliche Gene verloren, andere hingegen durch Duplikationen gewonnen. Bemerkenswert ist, dass trotz 600 Millionen Jahren evolutionärer Trennung die molekulare Zusammensetzung wichtiger Gewebetypen, wie z.B. des (Darm)-Epithels, bei Hydra und dem Menschen nahezu unverändert ist. Es muss daher bei gemeinsamen Vorfahren bereits so etabliert gewesen sein."
Geerbte Bakteriengene
Thomas Rattei und sein Kollege Thomas Weinmaier hingegen beschäftigten sich mit einer der wichtigsten Entdeckungen im Rahmen des Genom-Projekts. Hydra hat zahlreiche Gene aus dem Erbgut von Bakterien übernommen und beibehalten. Die beiden Bioinformatiker analysierten die bakteriellen Gene im Hydra-Genom sowie das Genom der mit dem Süßwasserpolypen assoziierten Bakterien.
"Bereits vor dem Genomprojekt wusste man, dass Hydra Bakterienzellen in ihre Außenhaut stabil einlagern kann", erklärt Rattei: "Ob dies einen Nutzen für Hydra und die Bakterien hat, ist jedoch noch nicht bekannt." Aber auch die Beantwortung dieser Frage wird nun einfacher, weil es den Forschern zusätzlich gelungen ist, das Erbgut einer dieser Bakterien zu entschlüsseln.
Zukunftsweisende Ergebnisse
Langfristig soll die Untersuchung molekularer Prozesse bei primitiven Organismen es ermöglichen, auch komplexe Lebewesen wie den Menschen besser zu verstehen: "Anhand der simplen Hydra können wir lernen, wie zelluläre Mechanismen für die Bildung und Erneuerung von tierischen und menschlichen Geweben und Organen im Detail funktionieren", so Technau und Rattei. Besonders spannend wird die Beantwortung der Frage, warum der Süßwasserpolyp gegen Krebs gefeit ist. (br)
Der Artikel "The Dynamic Genome of Hydra", in dem das entschlüsselte Hydra-Genom beschrieben wird, erscheint am 14. März 2010 in der Zeitschrift "Nature". |
