Einige Bärtierchenarten sind äußerst widerstandsfähig gegenüber verschiedenen Extrembedingungen, die für die meisten anderen Lebensformen tödlich sind. Die genetische Grundlage für diese außergewöhnlichen Fähigkeiten ist noch immer unklar.
Zum ersten Mal gelang es Forschern der Universität Tokio, mithilfe der CRISPR-Technik Gene einer äußerst widerstandsfähigen Bärtierchenart zu bearbeiten, die zuvor mit Genom-Editierungswerkzeugen nicht untersucht werden konnte. Die Arbeit wurde veröffentlicht in PLoS Genetik.
Die erfolgreiche Übertragung von CRISPR auf eine asexuelle Bärtierchenart führt direkt zu geneditierten Nachkommen. Durch die Gestaltung und Editierung spezifischer Bärtierchengene können Forscher untersuchen, welche Gene für die Widerstandsfähigkeit der Bärtierchen verantwortlich sind und wie diese Widerstandsfähigkeit funktionieren kann.
Wenn Sie schon einmal von Bärtierchen gehört haben, dann haben Sie zweifellos auch von ihrer ungewöhnlichen Fähigkeit gehört, extreme Hitze, Kälte, Dürre und sogar das Vakuum des Weltraums zu überleben, die verschiedene Vertreter dieser Art besitzen. Daher ziehen sie natürlich Forscher an, die diese Neuheiten erforschen wollen, nicht nur aus Neugier, sondern auch, um herauszufinden, welche Anwendungen eines Tages möglich sein könnten, wenn wir ihre Geheimnisse lüften.
„Um die Superkräfte der Bärtierchen zu verstehen, müssen wir zunächst die Funktionsweise ihrer Gene verstehen“, sagte Außerordentlicher Professor Takekazu Kunieda von der Abteilung für Biowissenschaften.
„Mein Team und ich haben eine Methode entwickelt, um Gene zu bearbeiten – sie hinzuzufügen, zu entfernen oder zu überschreiben – wie man es bei Computerdaten tun würde, und zwar bei einer sehr toleranten Bärtierchenart, Ramazzottius varieornatus. Damit können Forscher nun die genetischen Merkmale von Bärtierchen untersuchen, wie sie es bei etablierteren Labortieren wie Fruchtfliegen oder Fadenwürmern tun würden.“
Das Team verwendete eine kürzlich entwickelte Technik namens Direct Parental CRISPR (DIPA-CRISPR), die auf der mittlerweile berühmten CRISPR-Gen-Editierungstechnik basiert und als genetisches Skalpell dienen kann, um bestimmte Gene effizienter als je zuvor zu schneiden und zu modifizieren. DIPA-CRISPR hat den Vorteil, das Genom der Nachkommen eines Zielorganismus beeinflussen zu können, und hatte sich zuvor bei Insekten als wirksam erwiesen. Dies ist jedoch das erste Mal, dass es bei Nicht-Insektenorganismen wie Bärtierchen eingesetzt wird.
Ramazzottius varieornatus ist eine ausschließlich weibliche Art, die sich ungeschlechtlich fortpflanzt, und es stellte sich heraus, dass fast alle Nachkommen – anders als bei anderen Tieren – zwei identische Kopien desselben editierten Codes besaßen, was ihn zu einem idealen Kandidaten für DIPA-CRISPR macht.
„Wir mussten lediglich CRISPR-Werkzeuge, die darauf programmiert waren, bestimmte Gene gezielt zu entfernen, in den Körper eines Elternteils injizieren, um veränderte Nachkommen zu erhalten, was als ‚Knock-out‘-Editierung bezeichnet wird“, sagte Koyuki Kondo, Projektforscher zum Zeitpunkt der Studie (derzeit Assistenzprofessor an der Abteilung für Biowissenschaften am Chiba Institute of Technology).
„Wir könnten auch genmodifizierte Nachkommen erhalten, indem wir zusätzliche DNA-Fragmente injizieren, die wir einbauen möchten; das nennt man ‚Knock-in‘-Editierung. Die Möglichkeit der Knock-in-Editierung ermöglicht es Forschern, das Genom von Bärtierchen präzise zu bearbeiten, sodass sie zum Beispiel die Art und Weise steuern können, wie einzelne Gene ausgedrückt werden, oder die Funktionen der Gene darstellen können.“
Die wichtigste Widerstandsfähigkeit dieser Art ist ihre Fähigkeit, extreme Dehydrierung über lange Zeiträume zu überleben. Wie bereits gezeigt wurde, ist dies teilweise auf eine spezielle Art von Gelprotein in ihren Zellen zurückzuführen. Und diese Eigenschaft ist interessant, da sie auch auf menschliche Zellen übertragen wurde.
Kunieda und andere Bärtierchenforscher halten es für lohnenswert zu untersuchen, ob es eines Tages gelingen könnte, ein ganzes menschliches Organ zu dehydrieren und wieder zu rehydrieren, ohne dass es dabei zu einer Zersetzung kommt. Wenn das möglich ist, könnte es die Art und Weise revolutionieren, wie Organe gespendet, transportiert und in der Chirurgie eingesetzt werden, um Leben zu retten.
„Ich verstehe, dass manche Menschen Angst vor der Genomeditierung haben, aber wir haben die Genomeditierungsexperimente unter gut kontrollierten Bedingungen durchgeführt und die editierten Organismen in einem geschlossenen Raum gesichert“, sagte Kunieda.
„CRISPR kann ein unglaubliches Werkzeug sein, um das Leben zu verstehen und nützliche Anwendungen zu unterstützen, die sich positiv auf die Welt auswirken können. Bärtierchen bieten uns nicht nur einen Einblick in mögliche medizinische Fortschritte, sondern ihre bemerkenswerten Merkmale bedeuten auch, dass sie eine unglaubliche Evolutionsgeschichte hinter sich haben. Wir hoffen, diese zu erzählen, wenn wir ihre Genome mit denen eng verwandter Lebewesen vergleichen und dabei unsere neue auf DIPA-CRIPSR basierende Technik verwenden.“
Mehr Informationen:
Einstufige Erzeugung homozygoter Knockout/Knock-in Individuen in einem extremotoleranten parthenogenetischen Bärtierchen mittels DIPA-CRISPR, PLoS Genetik (2024). DOI: 10.1371/journal.pgen.1011298