3D-Genom aus gefriergetrocknetem Wollmammut extrahiert

Vor etwa 52.000 Jahren wurde die Haut eines sibirischen Wollmammuts so kalten Bedingungen ausgesetzt, dass sie spontan gefriergetrocknet wurde und die DNA-Fragmente an ihrem Platz eingeschlossen wurden.

In einer am Donnerstag in der Zeitschrift Zelleberichteten Wissenschaftler, dass sie mithilfe dieser bemerkenswerten Probe das Genom des Tiers dreidimensional rekonstruieren konnten – ein Durchbruch, der wichtige neue Erkenntnisse über ausgestorbene Arten bringen und sogar die Bemühungen vorantreiben könnte, sie wieder zum Leben zu erwecken.

Bisher wurden alte DNA-Proben nur in kurzen, verschlüsselten Fragmenten gefunden, was die Menge an Informationen, die die Forscher daraus gewinnen konnten, stark einschränkte.

„Jetzt zeigen wir, dass zumindest unter bestimmten Umständen nicht nur diese Schnipsel der DNA überleben, sondern dass sie auf eine Art und Weise überleben, bei der die ursprüngliche Anordnung erhalten bleibt“, sagte Co-Autorin Olga Dudchenko, eine Genetikerin am Baylor College of Medicine, gegenüber .

Das Verständnis der dreidimensionalen Architektur des Genoms eines Organismus – seiner vollständigen DNA – ist von entscheidender Bedeutung, um herauszufinden, welche Gene in bestimmten Geweben aktiv sind, und um zu enthüllen, warum Gehirnzellen denken, Herzzellen schlagen und Immunzellen Krankheiten bekämpfen.

Lange Zeit ging man davon aus, dass solche Informationen aufgrund der schnellen Zersetzung sehr kleiner Partikel unweigerlich verloren gehen würden.

Doch vor etwa einem Jahrzehnt machte sich ein internationales Wissenschaftlerteam auf die Suche nach einer alten Probe, bei der die 3D-Anordnung der DNA so intakt geblieben war, dass sie mithilfe einer neuen Analysetechnik vollständig rekonstruiert werden konnte.

Ihre Suche führte sie zu einer außergewöhnlich gut erhaltenen Probe eines Wollmammuts, die 2018 im Nordosten Sibiriens ausgegraben wurde.

Ob der behaarte Dickhäuter – ein Weibchen mit einer markanten Vokuhila-Frisur – eines natürlichen Todes starb oder von Menschen getötet wurde, ist unbekannt. Laut Dudchenko scheint es jedoch so, als hätten die frühen Menschen sie gehäutet und dabei das Gewebe um Kopf, Hals und linkes Ohr intakt gelassen.

Wollmammut-Juckreiz

Das Team geht davon aus, dass die Haut abkühlte und dehydrierte und in einen glasartigen Zustand überging, in dem ihre Moleküle an ihrem Platz blieben und die Form ihrer Chromosomen – der fadenförmigen Strukturen, die die DNA-Stränge enthalten – bewahrt blieb.

Im Wesentlichen hatten sie ein Stück gefriergetrocknetes Trockenfleisch vom Wollmammut entdeckt.

Um die Widerstandsfähigkeit des Trockenfleischs zu testen, unterzogen sie im Labor hergestellte und im Laden gekaufte Beef Jerky-Stücke einer Reihe von Tests, die die Art von Schäden simulierten, denen uralte Proben im Laufe der Jahrtausende ausgesetzt sein könnten.

„Wir haben mit einer Schrotflinte darauf geschossen. Wir sind mit einem Auto darübergefahren. Ein ehemaliger Starting Pitcher der Houston Astros hat einen Fastball darauf geworfen“, sagte Cynthia Perez Estrada, Co-Autorin der Studie und Forscherin am Baylor College of Medicine und der Rice University.

Das Trockenfleisch zerbrach in winzige Stücke und zersplitterte manchmal so dramatisch wie Fensterglas. „Aber auf der Nanoebene waren die Chromosomen intakt, unverändert“, sagte Perez Estrada in einer Erklärung.

Eine wichtige Entdeckung ihrer Forschung war, dass Mammuts 28 Chromosomenpaare haben. Dieser Befund stimmt mit den 28 Chromosomenpaaren überein, die bei Elefanten, den nächsten lebenden Verwandten der Mammuts, gefunden wurden, „aber vor dieser Studie konnte man nur raten“, sagte Dudchenko.

„Fossile Chromosomen“

Die Analyse des Teams identifizierte außerdem mehrere „Kandidaten“-Gene, die für die Wollhaarigkeit der Wollmammuts verantwortlich sein könnten – darunter ein Gen, das für lange, dichte Wimpern verantwortlich ist, und ein anderes, das mit der geringen Anzahl an Schweißdrüsen in Verbindung steht.

Erez Lieberman Aiden vom Baylor College of Medicine, einer der Leiter des Teams, erklärte gegenüber , dass es zwar nicht das Ziel der Forscher sei, Mammuts wieder zurückzubringen, die gewonnenen Informationen jedoch für derartige Bemühungen genutzt werden könnten.

Ein japanisches Team beschäftigt sich mit dem Klonen von Wollmammuts, während eine Gruppe in den Vereinigten Staaten daran arbeitet, genetisch „mammutisierte“ Elefanten zu erschaffen.

In der Haut „befinden sich 96 Prozent der Gene im Prinzip im gleichen Aktivitätszustand wie bei einem Elefanten“, sagte Aiden. Das bedeutet, dass sich die Wissenschaftler, die an der Wiederbelebung ausgestorbener Arten arbeiten, nun auf die verbleibenden vier Prozent konzentrieren könnten.

Das Team hofft nun, dass der Nutzen ihrer Studie weit über ihre spezielle Probe hinausgeht und ein neues Kapitel in der Paläogenetik aufschlägt, wenn sich weitere solcher „fossilen Chromosomen“ finden lassen.

Der arktische Permafrost bleibt ein vielversprechender Ort und laut Dudchenko ist es zudem möglich, dass durch Mumifizierungen aus alten Zivilisationen in wärmeren Klimazonen ebenfalls Genomstrukturen erhalten geblieben sind.

© 2024