Jarrod A. Chapman, Ewen F. Kirkness, Oleg Simakov et al., The dynamic genome of Hydra, Nature online, doi: 10.1038/nature08830
Hydra die genetischen Geheimnisse entlockt
Das Genom des Süßwasserpolypen Hydra, der als Modellsystem eine Schlüsselfunktion für die moderne evolutions- und entwicklungsbiologische Forschung besitzt, ist von einem internationalen Konsortium aus deutschen, österreichischen, japanischen und amerikanischen Wissenschaftlern entschlüsselt worden. Maßgeblich an den Arbeiten beteiligt waren Forscher der Universitäten München, Kiel und Heidelberg sowie Wien und Innsbruck.
Die Identifizierung des genetischen Repertoires erlaubt einen Blick in die gemeinsame Vergangenheit von Mensch und Tier. Der Süßwasserpolyp Hydra gehört zu den mehr als 600 Millionen Jahre alten Nesseltieren (Cnidaria), die als einfache Mehrzeller an der Basis der tierischen Evolution standen. Um das Hydra-Genom und sein Repertoire an Genen aufzudecken, haben die Wissenschaftler 1,2 Milliarden Basenpaare der DNA sequenziert.Die Ergebnisse der Forschung zeigen, in welchem Maß das genetische Repertoire zwischen den einfachsten tierischen Formen, höheren Tieren und dem Menschen konserviert ist. Wie die Vertebraten, die Wirbeltiere, besitzt bereits Hydra einen Satz von rund 20 000 Genen. Alle wesentlichen molekularen Schalter für die Bildung der Epithelgewebe, der Muskulatur, der Stammzellen sowie des Nerven- und Immunsystems sind auf der Ebene dieses einfachen Mehrzellers entstanden.
Die Entschlüsselung des Hydra-Genoms ist ein weiterer Schritt zum Verständnis des molekularen Werkzeugkastens, welcher der Evolution von Mensch und Tier zugrunde liegt. Ziel ist es, eine der zentralen Fragen der Biologie zu beantworten: Was macht den Grundtypus eines tierischen Bauplans aus und wie haben sich daraus alle komplexeren Typen entwickelt?
Hydra wurde erstmals im Jahr 1702 von Antoni van Leeuwenhoek beschrieben. 1744 veröffentlichte der Genfer Naturforscher Abraham Trembley seine Beobachtungen über eine Serie von Experimenten mit dem Süßwasserpolypen. Sie zeigten zum ersten Mal die Fähigkeit, Organe und Gewebe zu regenerieren, sowie die Gewebetransplantation und die asexuelle Vermehrung eines Tieres.
| Die experimentelle Biologie verdankt der mehr als 300 Jahre zurückliegenden Entdeckung des Süßwasserpolypen Hydra viel. Die Fotografie von Melanie Mikosch und Thomas Holstein zeigt einen knospenden Polypen von Hydra magnipapillata. | Foto: Universität Heidelberg |
Seit dieser Zeit ist Hydra ein wichtiges Modellsystem, um Prozesse der Regeneration und Entwicklung zu studieren – diese Untersuchungen haben zu grundlegenden Entdeckungen in der experimentellen Biologie geführt. Die nahezu unbegrenzte Regenerationsfähigkeit und die fehlenden Alterungsprozesse sowie die hohe Konservierung seines Genoms machen Hydra zu einem wichtigen Gegenstand der Forschung, der neue Ansätze für Stammzellbiologie und Biomedizin liefert.
Auf deutscher und österreichischer Seite haben Wissenschaftlerteams um Prof. Charles David (Ludwig-Maximilians-Universität München), Prof. Thomas Bosch (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel) und Prof. Thomas Holstein (Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg) sowie Prof. Bert Hobmayer (Universität Innsbruck) und Prof. Ulrich Technau (Universität Wien) an den Forschungsarbeiten mitgewirkt. Unterstützt wurden die Arbeiten von zwei Genom-Instituten in den USA. Anschließend verglichen die Forscher die Hydra-Sequenz mit der Abfolge der DNA-Bausteine bei höheren Tieren und beim Menschen. Die aufwendigen Untersuchungen wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie der National Science Foundation (NSF) und dem National Human Genome Research Institute (NHGRI) in den USA, dem National Institute of Genetics (NIG) in Japan und dem Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) in Österreich finanziert.
Kontakt:
Prof. Thomas Holstein
Heidelberger Institut für Zoologie
Telefon: 0 62 21/54-56 79
E-Mail: holstein@zoo.uni-heidelberg.de