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Wie Würmer entscheiden

Von Eva Stanzl und Heiner Boberski

Wissen
Die Eizellen von Fruchtfliegen sollen Aufschluss darüber geben, wie sie "Genomparasiten" abwehren.
© Imba

Jede Zelle hat ihr eigenes Immunsystem, und sogar Würmer handeln eigenmächtig.


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Wien. Eine schmale lange Leiter führt empor zu einem verkehrt aufgehängten Fahrrad. "Please Leave Quietly" heißt die Skulptur von Kay Walkowiak. Im Treppenhaus des Instituts für Molekulare Biotechnologie (Imba) in Wien symbolisiert es die Mühsal des Wissenschafters, der seine ursprünglichen Vorstellungen nach der Erkenntnis auf den Kopf gestellt sieht. Da steht der Forscher nun, armer Tor, nicht viel klüger als zuvor? Nicht ganz. "Es ist auch gut, wenn das passiert", sagt Carrie Cowan: "Dann können wir uns neuen Ansätzen zuwenden."

Cowan ist Gruppenleiterin im ebenfalls im Vienna Biocenter beheimateten Institut für Molekulare Pathologie (IMP). Sie erforscht das Verhalten von Caenorhabditis elegans. Der Fadenwurm ist ein Modellorganismus der Biologie, der sich bereitwillig an seine Umwelt anpasst. C. elegans in den Komposthaufen Mallorcas sind beispielsweise weniger kälteresistent als jene in Schweden. Bei besonders widrigen Umständen können die Fadenwürmer sogar all ihre Funktionen stilllegen, und zwar länger, als sie üblicherweise leben.

Cowan will herausfinden, wie die Würmer Entscheidungen treffen. "Die Prinzipien, die C. elegans benutzen, um sich weiterzuentwickeln, sind, ähnlich wie beim Menschen, von der Ernährung beeinflusst", erklärt sie. Wie Menschen, die zu wenig zu Essen bekommen, sich auch weniger bewegen, verbraucht ein Wurm im Dauer-Zustand so wenig Energie, dass er sechs Monate überleben kann.

"Müll" mit Schlüsselrolle

Doch nicht nur die Forschung an Fadenwürmern hat das Vienna Biocenter zu einem international renommierten Campus gemacht. Sondern an Imba und IMP werden auch Ackerschmalwand, Maus und Drosophila-Fliegen unter die Lupe genommen. Einer der Gründe für die Bekanntheit des Campus ist seine Bibliothek von 30.000 Fliegen mit unterschiedlichen Gen-Variationen. "Beim Menschen ist freilich alles komplizierter", räumt Imba-Gruppenleiter Julius Brennecke ein: "Aber die Grundprinzipien, wie die Abläufe in Zellen, sind gleich."

Weniger als fünf Prozent des menschlichen Genoms dienen der Herstellung von Proteinen, die Akteure in lebenden Zellen. Der Rest ist, wie sich jüngst herausstellte, jedoch nicht wie ursprünglich angenommen Abfall, sondern ein Steuerapparat. Der vermeintliche Müll spielt eine Schlüsselrolle für Zellentwicklung, Krankheit und Evolution.

Mit einem Teil dieser DNA beschäftigt sich Julius Brennecke: Er erforscht das Rätsel von "Genomparasiten", die die Hälfte des menschlichen Erbguts ausmachen. Genomparasiten sind DNA-Stücke, die innerhalb des Genoms herumspringen, um sich an anderer Stelle wieder in es einbauen. In der Fachsprache heißen diese "springenden Gene" Transposons.

Brennecke erforscht an Fruchtfliegen, wie sie reguliert werden und welche Kräfte sie im Genom entfalten. Manche blockieren Gene und verhindern, dass diese in Proteine umgesetzt werden. Andere aktivieren Gene, die an sich inaktiv bleiben müssten, was zur Produktion unerwünschter Proteine führt. Damit das System trotz dieser Störfaktoren funktioniert, haben die Zellen Kontrollmechanismen, die wie ein zellinternes "Immunsystem" funktionieren, das das Genom vor den "Parasiten" schützt. "Wir untersuchen, wie sich die Eizellen von Fliegen vor Transposons schützen. 30 bis 50 Gene halten sie in Schach", sagt Brennecke. Die Arbeit könnte der Medizin dienen: "In vielen Krebsarten werden die Schlüsselgene eventuell auf ähnliche Art und Weise lahmgelegt."

Für die Erforschung des zellinternen Abwehrsystems spielt das Next Generation Sequencing der DNA eine große Rolle. Das am Imba praktizierte Verfahren soll Genetik, Evolutionsbiologie und Medizin revolutionieren. Vergleicht man die DNA-Sequenzierung mit Lesen im Erbgut, so ermöglicht die neue Methode, nicht nur die Buchstaben zu kennen, sondern auch die Funktion der und Zusammenhänge zwischen den Wörtern zu verstehen. Die Wiener Forscher haben also viel vor.