Wer weniger atmet, lebt länger

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Der Türkise Pachtgrundkärpfling (Nothobranchius furzeri) commons.wikimedia.org CC BY-SA 3.0

Wissenschaftler des Jenaer Forschungskonsortiums JenAge haben herausgefunden, dass die Aktivität einiger Gene in jungen Aquarienfischen vorhersagt, wie alt diese Fische werden. Die Gene enthalten den Bauplan für eine Gruppe von Proteinen, die in der Zellatmung eine Rolle spielen. Luft anhalten hilft also leider nicht, denn die Zellatmung kann man damit auf Dauer nicht beeinflussen. Aber was ist Zellatmung?

Bevor ich das erkläre, erst einmal ein wenig über den Fisch. Unter Aquarianern ist er als Türkiser Prachtgrundkärpfling bekannt, auf Schlau heißt er Nothobranchius furzeri. Der lustige Name kommt daher, dass er von einem Forscher namens Richard Furzer entdeckt wurde (der zu seinem eigenen Glück Amerikaner war und darum in seiner Kindheit hoffentlich nicht gehänselt wurde). Das Besondere an diesem aus Afrika stammenden Fisch ist, dass er in Tümpeln und großen Pfützen lebt, die in der Regenzeit entstehen und auch recht schnell wieder austrocknen. Er muss sich darum sehr schnell entwickeln und fortpflanzen – und stirbt auch recht schnell wieder. Selbst unter Idealbedingungen im Aquarium lebt er nur etwa drei Monate, allerhöchstens wird er ein Jahr alt (das ist aber eher die Ausnahme). Und ähnlich wie viele Menschen entwickelt auch der Prachgrundkärpfling im Alter Tumore und erleidet eine Abnahme der Hirnfunktionen. Er ist also ein interessantes Modell, um Alterungsprozesse zu erforschen und vor allem herauszufinden, ob und wie Altern und  Lebensdauer genetisch festgelegt sind.

Die Fragen nach dem Ob und Wie konnten nun ein stückweit beantwortet werden, als Forscher um Alessandro Cellerino am Leibniz-Institut für Alternsforschung in Jena herausfanden, dass die Fische mit der geringsten Genaktivität für einige Zellatmungs-Proteine am ältesten wurden. Nun also zur Zellatmung:
Mit diesem Begriff bezeichnet man die Umwandlung von Zucker aus unserer Nahrung in Energie in der Zelle. Diese Energie wird in einem Molekül gespeichert, dem Adenosintriphosphat (ATP). Wird ATP von Enzymen in der Zelle benutzt, zerfällt es gewissermaßen und setzt dabei Energie frei. Ohne ATP könnten die Enzyme ihre Arbeit – den Aufbau von Strukturen in unserem Körper, den Abbau von Nährstoffen, etc. – nicht verrichten. Ist ATP einmal in seine Bestandteile zerfallen, wird es jedoch nicht nutzlos, denn durch den Verbrauch von Zucker kann es wieder “zusammengesetzt”, also recycelt werden (das Recycling von ATP ist also der Grund, weshalb wir essen müssen). So geht das immerfort, und dieser ganze Prozess heißt Zellatmung.  Das ATP-Recycling findet in speziellen Zellorganellen, den Mitochondrien statt. Was hat das alles mit Atmung zu tun? Ganz einfach – dieser Prozess benötigt Sauerstoff. ATP ist also auch noch der Grund, weshalb wir atmen müssen! Ganz schön gierig, dieses ATP! Nun ja, wir sollten ihm verzeihen, denn ohne es könnten wir nicht leben.

Für die Zellatmung benötigen die Mitochondrien viele verschiedene Proteine, die in Komplexen zusammenarbeiten. Der Bauplan für jedes dieser Proteine ist in dem für ihn spezifischen Gen gespeichert. Ist ein Gen besonders aktiv, wird der Bauplan häufig abgelesen und umgesetzt, also viel von dem jeweiligen Protein produziert.

Die Wissenschaftler im Team von Alessandro Cellerino untersuchten eine Gruppe von 45 Prachtgrundkärpflingen, indem sie kleine Gewebeprobem von ihren Schwanzflossen nahmen (die wachsen bei Fischen nach). Sie taten das einmal 10 Wochen, nachdem die Fische aus dem Ei geschlüpft waren, und noch einmal 20 Wochen danach. Dann warteten sie, bis die Fische an Altersschwäche starben. Auf Grund des Alters bei ihrem natürlichen Tod teilten die Forscher die Fische dann in drei Gruppen ein: kurzlebig, langlebig und sehr langlebig. Mithilfe der zuvor entnommenen Gewebeproben konnten sie dann nachsehen, welche Gene bei welcher Gruppe besonders hohe oder niedrige Aktivität zeigte. Dabei stellte sich heraus, dass die Gene für den oben erwähnten Atmungskomplex bei den sehr langlebigen Fischen die geringste Aktivität zeigte, bei den kurzlebigen Fischen entsprechend die höchste.

Cellerinis Team ging noch einen Schritt weiter und verabreichte einigen Fischen das Medikament Metformin, dass die Funktion dieses Atmungskomplexes in den Mitochondrien hemmt. Und die mit Metformin behandelten Fischen lebten dann auch länger. Die Alterung wird also nicht an sich durch die Aktivität der Gene beschleunigt, sondern durch die daraus resultierende größere Zahl an Atmungskomplexen.

Bisher dachte man, eine auf Hochtouren laufende Zellatmung wäre besser für die Zellen, nun stellt sich also heraus, dass eine reduzierte Zellatmung gesünder ist. Warum ist das so? Cellerino erklärt es so, dass bei einer reduzierten Zellatmung mehr freie Radikale entstehen als bei ungehemmter Zellatmung. Das scheint zunächst ein Widerspruch, denn freie Radikale zerstören Zellstrukturen. Aber eine nur leicht erhöhte Konzentration der feien Radikalen hat den Effekt, dass die Zellen mit ihnen umzugehen lernen und schneller auf Schäden reagieren. Die Zellen werden quasi gegen freie Radikale abgehärtet, was letztlich ihre Lebensdauer erhöht.

Metformin verlängert übrigens auch Mäuseleben und ist bereits als Medikament gegen Diabetes erhältlich. Aber jetzt nicht haufenweise Süßigkeiten essen, damit man irgendwann Metformin nehmen darf! Rotwein trinken ist anscheinend die bessere Lösung, denn der Stoff Resveratrol kommt darin in hoher Konzentration vor. Der hat in Versuchen mit Mäusen und Zellkulturen gezeigt, dass er lebensverlängernd und krebshemmend wirkt. Also, tief durchatmen und sich ein Gläschen gönnen!

Die Superbabies kommen…

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Das obere Bild illustriert das Horrorszenario in den Köpfen vieler, wenn sie “Forschung an menschlichen Embryonen” hören. Es wird aber lediglich an kleinen Gruppen von Zellen sehr früher Embryonen geforscht. (Fotos:commons.wikimedia.org)

…erstmal nicht. In Großbritannien wurde vor wenigen Tagen die Erlaubnis gegeben, menschliche Embryonen genetisch zu verändern, das gab es nie zuvor. Sofort haben sich Stimmen geregt, die Bedenken aussprachen, jetzt könnten Supermenschen designt werden. Aber diese Angst ist unbegründet und ich möchte euch erklären, warum.

Zunächst einmal wurde die Erlaubnis nur einem einzigen Forschungsteam am Londonder Francis Crick-Institut erteilt. Geleitet wird dieses Team von der Molekularbiologin Kathy Niakan. Sie möchte die recht neu entwickelte CRISPR-Cas9-Methode nutzen, um gezielt einzelne Gene des menschlichen Genoms so verändern und die Auswirkung dieser Veränderung auf die menschliche Embryonalentwicklung zu studieren. Doch was bedeutet all das genau?

Beginnen wir beim Thema “Gene”. Ein Gen ist ein Teil der DNA eines Lebewesens. Auf der DNA ist all die Information gespeichert, die notwendig ist, um dieses Lebewesen zu “bauen”. Also zum Beispiel, wie groß man ist, welche Gesichtsform man hat, welche Haarfarbe, etc. Unser Körper ist zu einem goßen Teil aus Proteinen, also Eiweißstoffen aufgebaut. Doch Proteine sind nicht nur die Baustoffe unseres Körper, sie stellen auch viele “Arbeiter”, die dafür sorgen, dass unser Körper funktioniert.
Diese funktionellen Proteine, Enzyme genannt, sind auch wesentlich an der Entwicklung eines gesunden menschlichen Babies aus einer befruchteten Eizelle beteiligt. Und wenn eines dieser Enzyme nicht richtig funktioniert, können schwere Entwicklungsdefekte entstehen. Frühe Defekte, die bei den ersten Teilungen der befruchteten Eizelle auftreten, können die Eizelle an der Einnistung in die Plazenta hindern oder den jungen Embryo so stark schädigen, dass er abstirbt. Solche frühen Defekte sorgen für einige Arten der weiblichen Unfruchtbarkeit und einen Großteil der Fehlgeburten. Schätzungen zufolge entwickeln sich nur 13 % der befruchteten Eizellen über den dritten Schwangerschaftmonat hinaus!

Über die Gründe für diese zahlreichen früh scheiternden Schwangerschaften ist sehr wenig bekannt – und das möchte Niakan mit ihrer Forschung ändern. Was ist nun die CRISPR-Cas9-Methode?
Es handelt sich dabei um eine recht neu entwickelte Methode für die ganz gezielte Veränderung von Genen. Bis vor einigen Jahren war die Veränderung von Genen noch sehr schwierig und ungenau, mit extrem geringen Erfolgsraten. Etwa so, wie wenn man eine Reihe Dosen hat und eine bestimmte Dose wegschießen will, aber leider nur eine Schrotflinte zur Verfügung hat. Mit CRISPR-Cas9 wurde Wissenschaftlern in aller Welt nun ein Präzisionsgewehr mit Zielfernrohr in die Hand gegeben. Es funktioniert buchstäblich wie ausschneiden und einkleben. Man kann perfekt den Teil eines Gens entfernen, den man will und dafür etwas beliebiges anderes einfügen, oder den ausgeschnittenen Teil einfach löschen. Ich weiß wovon ich rede, ich habe die Methode im Labor selbst angewendet – allerdings an Fruchtfliegen – und es hat hervorragend funktioniert! Und nur mit einer solch genauen Methode ist es überhaupt sinnvoll, an menschlichen Embryonen zu forschen. Denn nur, wenn man ganz genau kontrollieren kann, welche Gene man verändert und auf welche Weise, kann man verlässliche Aussagen treffen. Niakan und ihre Kollegen können nun also erforschen, welche Gene für die frühe menschliche Embryonalentwicklung wichtig sind, und warum. Sie hoffen, damit die Erfolgsraten für natürliche und künstliche Befruchtung langfristig zu erhöhen. Und wenn man bedenkt, dass Frauen in den Industrieländern sich immer später im Leben für Kinder entscheiden, wenn die Fruchtbarkeit bereits eingeschränkt ist, ist diese Forschung umso wichtiger. Schon jetzt wird jedes 80. Kind in Deutschland durch künstliche Befruchtung gezeugt!

Und aus der künstlichen Befruchtung, in der Fachsprache in vitro-Fertilisation, kurz IVF (“im Glas-Befruchtung”) kommen auch die Embryonen, die Niakan und ihr Team verwenden werden. Für jede Frau, die IVF in Anspruch nimmt, werden mehr Embryonen befruchtet, als eingepflanzt werden – falls etwas schief geht. Die übrigen Embryonen durften bereits zuvor gespendet werden, zum Beispiel an Frauen, die selbst keine gesunden Eizellen hatten. Von nun an können Frauen in England die nicht eingepflanzten Embryonen auch dem Labor von Kathy Niakan spenden. Dort muss dann zügig gearbeitet werden, denn Niakan möchte sich die ersten sieben Tage der menschlichen Embryonalentwicklung genau anschauen. Die Embryos müssen nach spätestens 14 Tagen vernichtet werden und dürfen selbstverständlich keiner Frau eingepflanzt werden. Die Wissenschaftler dürfen auch nicht einfach wild drauflosforschen – jedes geplante Experiment, jedes untersuchte Gen muss zuerst dem Ethikrat vorgestellt werden, der in jedem Fall einzeln beschließt, ob das Experiment dem Erkenntnisgewinn dient und ethisch vertretbar ist.

Seit vielen Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler in aller Welt, die menschliche Embryonalentwicklung besser zu verstehen. Bisher war das nur an Hand von Tiermodellen möglich. Ich selbst habe für genau diese Forschung die Fruchtfliege verwendet. Doch letztendlich kann man die Ergebnisse aus solchen Modellorganismen nicht uneingeschränkt auf en Menschen übertragen. Kathy Niaka und ihr Team können diese Lücke nun vielleicht schließen.

Trotz allen Regeln und Beschränkungen, denen die Forschung an menschlichen Embryonen nun noch unterliegt, denke ich persönlich, dass irgendwann einer Frau ein genetisch veränderter Embryo eingepflanzt wird. Ich glaube, dass es sich um einen Embryo handeln wird, bei dem einige krankhaft veränderte Gene repariert wurden. Und wer weiß, wohin das führt. Denn wir tun letztendlich doch alles, was möglich ist. Wir sind einfach zu neugierig, zu begierig auf Fortschritt, um es nicht zu tun. Versteht mich nicht falsch, ich bin absolut für diese Forschung. Aber ich gehe einfach davon aus, dass es immer weitere Kreise ziehen wird. Ich sehe dem recht zuversichtlich entgegen, schließlich bin auch ich nur eine neugierige Forscherin!

Von Mäusen und Männern

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Dass Eltern sich um ihre Kinder kümmern, scheint selbstverständlich, schließlich ist es für das Überleben der Nachkommen und damit der gesamten Art notwendig. Doch was so selbstverständlich erscheint, ist in Wirklichkeit ziemlich kompliziert. Bis heute wissen wir nicht ganz genau, wie die elterliche Fürsorge für ihre Nachkommen im Gehirn “programmiert” ist und was geschehen muss, um etwa eine männliche Maus vom Kindstöter zum fürsorglichen Vater umzupolen.

Bei vielen Säugetieren zeigen die Männchen aggressives Verhalten gegenüber Jungtieren, oft töten sie sie sogar. Männchen, die sich gepaart haben zeigen dieses Verhalten meist nicht, sie entwickeln stattdessen väterliche Instinkte.
Die Tötung von Jungtieren durch Männchen scheint ziemlich barbarsich, ist aber genetisch gesehen sinnvoll, denn ein Männchen will seine eigenen Gene möglichst weit verbreiten. Wenn es also nicht sicher sein kann, dass ein Jungtier von ihm stammt, tötet das Männchen es “vorsichtshalber” und begattet das Weibchen dann selbst. Doch was hält ein Männchen davon ab, seine eigenen Nachkommen zu töten, selbst dann, wenn es sich gleich nach der Begattung davongemacht hat? Es könnte doch sein, dass so ein Männchen vergisst, mit wem es wann… na, ihr wisst schon. Und wenn es dann zurückkommt, macht es womöglich seine eigenen Bemühungen zunichte!

Um dieses Rätsel zu lösen, hat eine Gruppe von Neurowissenschaftlern um Catherine Dulac von der Harvard Universität männliche Mäuse Weibchen begatten lassen, und hat sie dann vom Weibchen getrennt. Selbst, wenn die Männchen die Weibchen nicht mehr sahen und in einem anderen Käfig waren, zeigten sie etwa ab der Zeit der Geburt ihrer Nachkommen väterliches Verhalten, sogar gegenüber Jungtieren, die sie nicht selbst gezeugt hatten. Mäuseväter helfen dann beispielsweise beim Nestbau oder putzen den Nachwuchs. Es gibt anscheinend also eine innere Uhr, die vom Zeitpunkt der Begattung an “herunterzählt” und ziemlich genau zur Geburt abgelaufen ist – und dann eine zuvor aggressive männliche Maus zum lieben Papa macht.
Dieses Phänomen war zuvor bereits bekannt. Doch Catherine Dulac und ihr Team gingen noch ein paar Schritte weiter. Sie schalteten ein bestimmtes Protein im Jacobsonschen Organ der Mäuse aus. Das Jacobsonsche Organ befindet sich in der Nase von Säugetieren und besteht aus kleinen Einbuchtungen in der Schleimhaut. Es enthält spezielle Sinneszellen, die vor allem Pheromone, also Sexual-Lockstoffe

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santacruzpumas.org

wahrnehmen. Von der normalen Atemluft wird dieses Organ oft nicht erreicht – es sei denn, das Tier “flehmt”. Das hat man vielleicht bei Pferden schon einmal gesehen, sie ziehen die Oberlippe hoch (wer lustige Tierfotos sehen will, gibt einfach mal “flehmen” bei Google ein). Das führt die Lockstoffe dann dem Jacobsonschen Organ zu und leitet den tierischen Casanova zum empfängnisbereiten Weibchen.

Wenn man nun die Funktion dieses Organs einschränkt – wie im Labor von Dulac und Co. – wird das Sexualverhalten der Mäuse stark verändert, und zwar bei beiden Geschlechtern. Männchen versuchen, sich sowohl mit Weibchen als auch Männchen zu paaren, Weibchen besteigen ebenfalls ihre Artgenossen jeden Geschlechts. Außerdem zeigt kein Geschlecht mehr Agressionen gegenüber fremden Mäusewelpen (jungfräuliche Weibchen sind Welpen gegenüber nämlich auch nicht so ganz freundlich). Das zeigt, dass Pheromone nicht nur den Paarungstrieb steuern, sondern auch die Fürsorge für den Nachwuchs!

An sich wäre dieser Fund schon interessant genug, doch Dulac und ihre Kollegen verfolgten das Signal aus dem Jacobsonschen Organ noch tiefer ins Gehirn der Mäuse. Dort fanden sie spezielle Neuronen, die das “Fürsorge-Signal” an Gehirnzentren weiterleiten, die dann wahrscheinlich die Verhaltensänderung steuern. Dafür schütten diese Neuronen den Botenstoff Galanin aus. Wurde dieser Botenstoff in Mäusemüttern blockiert, ignorierten diese öfter die Hilferufe von aus dem Nest gefallenen Welpen. Auch Mäuseväter ohne Galanin zeigten deutlich reduzierte Fürsorge. Umgekehrt verringerte eine erhöhte Dosis Galanin in männlichen Mäusen deutlich deren Aggressivität gegenüber fremden Welpen, und zwar so stark, dass die Männchen die Welpen sogar zu putzen begannen.

Ob sich diese Erkenntnisse so ohne Weiteres auf Menschen übertragen lassen, ist jedoch äußerst fraglich. Das Jacobsonsche Organ ist beim Menschen nur bis zum achten Lebensmonat nachweisbar, danach “verschwindet” es. Und es gibt so einige menschliche Väter, die kein gesteigertes Interesse an der Fürsorge für ihren Nachwuchs zeigen. Oder hat jemand von euch schonmal neun Monate nach einem One-Night-Stand das plötzliche, starke Bedürfnis entwickelt, ein Neugeborenes in den Armen zu wiegen?

 

Schwein muss man haben!

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Mehr als 10.000 Deutsche standen im Jahr 2014 auf der Warteliste von Eurotransplant, einer Non-profit-Organisation für Organspenden. Nur etwa 3.100 Menschen erhielten im selben Jahr eine Organtransplantation. (Wer mehr Zahlen will, findet sie hier: statistics.eurotransplant.org, englisch und hier: www.organspende-info.de, deutsch)

So oder so ähnlich sieht es in der ganzen Welt aus. Viel mehr Organe werden benötigt, als gespendet werden. Und selbst wenn Menschen bereit sind, nach ihrem Tod bestimmte Organe zu spenden, heißt das noch lange nicht, dass ihre Organe „passen“. Das Abstoßen von fremden Organen durch den Körper eines Patienten ist ein großes Problem. Oft müssen Menschen, denen fremde Organe transplantiert wurden, viele Medikamente nehmen, um die Abstoßung des Spenderorgans zu verhindern. Doch warum werden fremde Organe abgestoßen?

Jedes Lebewesen hat ein Immunsystem, das Eindringlinge erkennt und abwehrt. Die Eindringlinge können Krankheitserreger wie Viren oder Bakterien sein, aber auch Zellen anderer Menschen. Habt ihr es schon mal erlebt, dass ihr krank wurdet, nachdem ihr einen neuen Freund oder eine neue Freundin hattet? Am Anfang einer Beziehung knutscht man meistens ziemlich ausgiebig (und tut andere Dinge mit sehr intensivem Körperkontakt, nicht wahr…). Dadurch gelangen viele Zellen des anderen in unseren Körper. Das Immunsystem wird alarmiert von all diesen „Fremdlingen“, und kann durch diesen Ansturm auch mal überfordert sein – dann hat es keine Kapazitäten mehr um Erkältungs- oder Herpesviren zu bekämpfen und zack – werden wir krank oder kriegen Bläschen auf der Lippe. Mit der Zeit erkennt das Immunsystem die Zellen unseres Knutschpartners als harmlos und beruhigt sich wieder. Außerdem sinkt die Knutschfrequenz meist nach einigen Monaten Beziehung. Ähnlich ist es mit einem transplantierten Organ, nur, das dessen Kontakt mit dem Körper des Patienten viel ausdauernder und intensiver ist. Da beruhigt sich das Immunsystem eben nicht wieder, sondern kämpft andauernd gegen den „Eindringling“. Manchmal ist diese Abwehrreaktion so stark, dass das Organ wieder entnommen werden muss, weil es das Leben das Patienten gefährdet. Wie wunderbar wäre es, wenn Spenderorgane maßgeschneidert werden könnten!

Dieser Traum schwirrt schon lange in den Köpfen der Transplantationsmediziner herum, aber bisher konnte er kaum umgesetzt werden. Perfekt auf einen bestimmten Patienten abgestimmte Organe können natürlich nicht in anderen Menschen gezüchtet werden, das ist verboten und würde den anderen Menschen zum Ersatzteillager degradieren (interessanter Spielfilm zum Thema: Beim Leben meiner Schwester, OT: My Sister’s Keeper). In Schweinen allerdings wäre das möglich. Warum ausgerechnet Schweine? Nun, ihre Organe haben eine Größe, die gut in den menschlichen Körper passt. Wer jetzt entrüstet aufschreit, den lade ich ein, meinen Artikel über Tierversuche zu lesen.

Schon seit den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts hat man versucht, Organe aus Schweinen und Pavianen zur Organtransplantation bei Menschen zu verwenden – ohne Erfolg. Das Immunsystem des Menschen lehnt sich zu sehr auf. In den Jahrzehnten, die seitdem vergangen sind, hat man versucht, Gene des Schweins so zu verändern, dass seine Organe menschenähnlicher werden und so vom menschlichen Immunsystem nicht mehr als fremd eingestuft werden. Doch die Methoden zur gezielten Genmutation waren bis vor Kurzem sehr kompliziert und hatten eine geringe Erfolgsrate.

Vor wenigen Jahren wurde jedoch eine neue Methode entwickelt, mit der man kontrolliert ganz gezielte Veränderungen in Genen hervorrufen kann. Diese Methode funktioniert so gut, dass man dutzende Gene gleichzeitig genauso modifizieren kann, wie man gerne möchte. Sie wird jetzt angewendet, um Schweine genetisch so anzupassen, dass ihre Organe für menschliche Patienten geeignet sind. Doch was genau muss dafür verändert werden?
Jede Zelle im Körper eines Lebewesens trägt Proteine an ihrer Oberfläche. Diese Proteine sind für jede Spezies – Ratten, Schweine, Menschen – unterschiedlich. Doch nicht nur das, sie unterscheiden sich auch zwischen Mitgliedern derselben Spezies, also zwischen mir und meinem Freund. Und diese Protein sind es auch, die vom Immunsystem als fremd erkannt werden. Unser Immunsystem kennt die Oberflächenproteine unserer eigenen Zellen, nicht jedoch die anderer Menschen, mit denen wir gerade knutschen oder deren Organ wir eben in uns tragen. Darum stößt es diese fremden Zellen ab. Wenn aber die Gene, die den Bauplan für diese Oberflächenproteine tragen, so verändert werden, dass sie zum jeweiligen Patienten passen, würde das Organ nicht mehr als fremd erkannt. Das würde das Leben des Patienten sehr erleichtern, denn er müsste keine Medikamente mehr nehmen, um sein Immunsystem zu unterdrücken. Das bringt nämlich große Nachteile: Ein unterdrücktes Immunsystem stößt nicht nur das Spenderorgan nicht mehr ab, sondern wirkt auch nicht mehr gegen tatsächlich unerwünschte Eindringlinge, z.B. Krankheitskeime. Und selbst bei unterdrücktem Immunsystem kann das fremde Organ so viel Stress auf den Körper ausüben, dass das Leben des Patienten stark beeinträchtigt wird.

Doch noch sind wir nicht so weit, dass jeder ein genetisch auf ihn ausgerichtetes Organ bekommen kann. Noch sind Mediziner und Wissenschaftler damit beschäftigt, Schweineorgane überhaupt für Menschen geeignet zu machen. Aber von da bis zum maßgeschneiderten Organ ist es gar nicht so weit. Dies wäre eine große Hilfe und Erleichterung für all jene, die schon seit Jahren vergeblich auf ein Spenderorgan warten.

Käfer putzen Leichen für faule Wissenschaftler

Das Museum für Wirbeltier-Zoologie im amerikanischen Berkeley nutzt fleischfressende Käfer, um Skelette zu reinigen. Die Larven und Erwachsenen Tiere des Speckkäfers Dermestes vulpinus fressen alles Fleisch, was sie finden können, lassen dabei aber selbst die kleinsten Knochen intakt. Sehr praktisch für die Präparatoren des Museums und noch dazu umweltfreundlich, weil chemikalienfrei. Aber wehe, wenn die Käfer aus dem Präparationsraum entwischen – sie fressen nämlich wirklich alles tierische Material, das kein Knochen ist und können in der Sammlung des Museums großen Schaden anrichten!

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DNA mitgefangen, den Falschen gehangen

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Früher habe ich immer die „Micky Maus“ gelesen. Ziemlich regelmäßig gab es da Detektivsets als Extras, die ich fleißig benutzt habe, um herauszufinden, wer in meinem Kinderzimmer war. Fingerabdrücke habe ich auch versucht zu nehmen, aber das klappte meist nicht so recht – man braucht wirklich extrem feines Puder und einen sehr weichen Pinsel, habe ich später herausgefunden.

Ob die Spurensicherung so etwas heute noch im Werkzeugkasten hat? Jetzt gibt es schließlich DNA-Fingerprinting, das ist viel besser und genauer! Was aber, wenn meine DNA an jemandes Händen oder Klamotten klebt, von einer Umarmung, einem Händeschütteln, oder einfach nur, weil ich in der vollen U-Bahn unfreiwilligen Körperkontakt hatte? Ja, dann könnte es schon mal passieren, dass die Polizei bei mir klingelt.

Die DNA ist unsere Erbinformation, quasi die Bauanleitung für unseren Körper, und die ist für jeden Menschen einzigartig. Fast jede unserer Zellen enthält DNA, auch unsere Hautzelle. Und die sterben ständig und werden abgestoßen. Wir hinterlassen also überall, wo wir hingehen, unsere DNA – ob wir wollen oder nicht. Dies wurde einem Amerikaner namens Lukis Anderson 2013 beinahe zum Verhängnis. Seine DNA wurde unter den Fingernägeln eines Mordopfers gefunden, er wurde für einige Monate in Untersuchungshaft genommen. Sein „Glück“ war, dass er zum Tatzeitpunkt mit einer Alkoholvergiftung im Krankenhaus war, und somit ein Alibi hatte. Doch wie kam man überhaupt darauf, ihn zu beschuldigen? Nun, dieselben Sanitäter, die sich um Anderson gekümmert hatten, wurden auch an den Tatort des Mordes gerufen (obwohl dem Opfer leider nicht mehr zu helfen war). Diese Sanitäter brachten so Andersons DNA zum Mordopfer.

Das Problem, das wir heutzutage bei der Verbrechensaufklärung haben, sind ironischerweise die immer besseren Nachweismethoden. Früher brauchte man eine sichtbare Menge Material – Blut, ein Haar mit Wurzel, etc, um genügend DNA für eine eindeutige Identifzierung zu bekommen. Heutzutage reichen schon ein paar einzelne Hautzellen, mit bloßem Auge unsichtbar. Um sie zu gewinnen, werden auf Gut Glück Proben von Oberflächen am Tatort und von verschieden Körperstellen des Opfers genommen. Die darin enthaltene DNA wird vervielfältigt und mit bestimmten Methoden untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchung werden mit den Daten bekannte Straftäter verglichen. Wenn der Verdächtige nicht darunter ist, wird ein sogenannter „Screen“ durchgeführt, bei dem mögliche Verdächtige – z-B. Männer eines bestimmten Alters oder Menschen aus einem geografischen Gebiet – zur Abgabe einer DNA-Probe aufgefordert werden. Ihr seht das Problem: Wenn Proben willkürlich aus allen Winkeln des Tatorts und vom Opfer genommen werden, kann natürlich keiner sagen, wie die DNA dorthin gekommen ist. Und die Methode des DNA-Fingerprinting hat inzwischen eine Genauigkeit von eins zu einer Billiarde (das ist eine 1 mit 15 Nullen). Verwechslungen sind also ausgeschlossen.

Gay L. Bush und sein Team an der Universität von Indianapolis in den USA haben eine Studie durchgeführt, in der sie Leute einander zwei Minuten lang die Hand geben ließen. Dann mussten die Probanden jeweils ein Messer in die Hand nehmen – jeder ein anderes, natürlich. Die Messer wurden dann von Forschern, die nicht wussten, wer welches Messer angefasst hatte, auf DNA untersucht. Das beunruhigende Ergebnis: In 85 % der Fälle war die DNA desjenigen, der das Messer nicht in der Hand hatte (dem „Händeschüttelpartner“), deutlich nachweisbar. In 20 % der Fälle interpretierten die Wissenschaftler die Ergebnisse sogar so, dass derjenige, der das Messer nicht in Hand gehabt hatte, der „Haupttäter“ war. Schon ein herzlicher Händedruck kann also so viele Hautzellen übertragen, dass ein Unschuldiger plötzlich sehr verdächtig aussieht – verdächtiger sogar als der echte Schuldige. Also bloß nicht mit dem Falschen kuscheln!

Die Methoden für die Probennahme am Tatort müssen gründlich überdacht und verfeinert werden, denn bisher war dieses Problem nicht bekannt.

Doch es gibt Hoffnung, denn ein Forscherteam um James F. Meadow von der Universität Oregon hat eine weitere Methode gefunden, Menschen eindeutig zu identifizieren: Mit der Mikrobenwolke, die jeder Mensch um sich hat. Mikroben, Bakterien also, leben überall auf und in unserem Körper. Wir beherbergen übrigens etwa zehnmal mehr Bakterienzellen als wir eigene Körperzellen haben. Die Bakterien sind aber so viel winziger als unsere eigenen Zellen, dass das nicht auffällt. Und das ist auch nicht eklig, sondern extrem wichtig, denn unsere Bakterienflora hält uns gesund. Bakterien helfen, die Haut vor Krankheitserregern zu schützen, sie helfen bei der Nahrungsverdauung im Darm und sorgen für ein gesundes Milieu im weiblichen Genitalbereich (Mädels, egal, was die Werbespots sagen – ihr braucht keine speziellen Waschlotions. Die richten nur Schaden an. Lasst mal die Bakterien ihren Job machen, die haben das Millionen Jahre lang gut hingekriegt). Dass wir viele Bakterien beherbergen, wusste die Wissenschaft schon lange – dass die Zusammensetzung der Bakterienflora jedoch individuell so unterschiedlich ist, war bisher nicht bekannt. Das Forscherteam ließ die Probanden einzeln für vier Stunden in einer speziellen Kammer sitzen, um ihre Bakterienwolke zu analysieren. Danach wurde die Kammer sterilisiert und die Probanden kamen wieder, für eine kürzere Zeit. Die Forscher stellten fest, dass sie identifizieren konnten, wer in der Kammer gewesen war, indem sie die zurückgelassene Bakterienwolke analysierten. Noch ist die Methode nicht anwendungsreif, denn nur drei Probanden wurden getestet und das alles in einer sterilen Umgebung, die wirkliche Welt sieht anders aus. Aber auch hier werden genauere Methoden entwickelt werden.

Eine Kombination aus DNA- und Bakterienanalyse könnte in Zukunft Verbrecher eindeutig analysieren. Mörder sollten also ab sofort mit sterilem Ganzkörperanzug und Atemmaske zu Werke gehen. Im Prinzip dürfte man keinen Quadratzentimeter Haut entblößen und die eigene Kleidung niemals mit bloßen Händen berühren. Das könnte schwierig werden!

James F. Meadows Team hat übrigens auch untersucht, wie Rollschuhlaufen sich auf die persönliche Bakterienzusammensetzung auswirkt. Hat da jemand „Ig Nobelpreis“ gesagt?

Erpel, die Erpel begatten, die tot sind

By Kees Moeliker – CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6008753

Wir schreiben das Jahr 1995. Im Naturhistorischen Museum Rotterdam sitzt der Kurator Kees Moeliker (das spricht man “Muhlicker”) in seinem Büro im zweiten Stock, es ist Wochenende und er ist allein im Gebäude. Plötzlich hört er einen lauten Knall, der aus dem Erdgeschoss zu kommen scheint. Kees geht nach unten und entdeckt durchs Fenster die Ursache des Geräusches – eine männliche Stockente ist gegen die Glasfassade geflogen und hat so ihr unzeitliches Ende gefunden. Das passierte damals öfter mit verschiedenen Vögeln, denn die Glasfassade war neu. Kees will nach draußen gehen, um den Erpel einzusammeln – als etwas ungewöhnliches geschieht. Ein weiterer, lebender Erpel kommt hinzu und beginnt, seinen toten Artgenossen aggressiv zu begatten und zwischendurch immer wieder auf ihn einzuhacken. Ganz Wissenschaftler, dokumentiert Kees dieses äußerst verstörende, doch interessante Verhalten, das er weiter durchs Fenster beobachtet. Nach über einer Stunde – der lebende Erpel ist noch immer kräftig bei der Sache – geht Kees nach draußen, scheucht den “Vergewaltiger” weg und sammelt sein Opfer ein. Er wird es später ausstopfen und fotografieren, um seine Beobachtungen in einem Artikel zu veröffentlichen. Dieser Artikel bringt ihm acht Jahre später den Nobelpreis.

Naja, nicht den richtigen Nobelpreis. Sondern den Ig Nobelpreis. Dieser Preis wird verliehen für Wissenschaft, die die Menschen erst zum Lachen und dann zum Nachdenken bringt über Erkenntnisse und Erfindungen, die einzigartig sind (und dies vielleicht auch besser bleiben sollten). Der Name Ig Nobel ist ein Wortspiel aus dem bekannten Nobelpreis und dem englischen Wort “ignoble”, was sowiel heißt wie “schmachvoll” oder “unehrenhaft”. Der echte Nobelpreis ist mit ca. 880,000 € dotiert. Für den Ig Nobel-Preis bekommt man zehn Billionen Dollar.

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Nicht wundern, dass da “Trillion” draufsteht – die Wörter für große Zahlen unterscheiden sich im Deutschen und Englischen. (Bild: zimbabwedollars.net)

Kein Scherz, wirklich. 10,000,000,000,000 Dollar.  Okay, Simbabwe-Dollar (Das war bis 2009 die offizielle Währung dieses afrikanischen Landes). Durch die Extreme Inflation dieser Währung sind die zehn Billionen Simbabwe-Dollar leider praktisch nichts wert. Man kann die Scheine für ein paar Euro bei Ebay kaufen.

 

Auch 2015 gab es Ig Nobelpreise für verschiedene glückliche Wissenschaftler. Die werden übrigens diskret gefragt, ob sie den Preis annehmen wollen, bevor sie zur Zeremonie eingeladen werden. Die allermeisten sagen Ja. Denn es geht nicht darum, die Wissenschaft lächerlich zu machen, sondern ungewöhnlichen und manchmal auch bizarren Erkenntnissen einen gewissen Bekanntheitsgrad zu verschaffen.

Marko Bosscher, https://www.youtube.com/watch?v=1VlgZGg9FTo

Marko Bosscher, https://www.youtube.com/watch?v=1VlgZGg9FTo

Dieses Jahr wurde zum Beispiel ein Wissenschaftler geehrt, der herausfand, dass Hühner wie Dinosaurier laufen, wenn man ihnen einen Pömpel an den Hintern klebt. Ihr wisst schon, das Saugnapfding zum Toilette-Entstopfen. Eine weitere Gruppe Wissenschaftler fand einen Chemikalienmix, um Eier zu “unkochen”, also hartgekochte Eier wieder weichzukriegen. Vielleicht gar nicht schlecht, wenn man auf mittelweiche Eier steht und die Eieruhr mal wieder nicht gehört hat. Ein weiteres Forscherteam aus dem Bereich der Literaturwissenschaften fand heraus, dass jede Sprache ein Äquvalent für das “…, ne?” oder “…, nech?” oder “…, oder?” hat, das man ans Satzende hängt, um sich beim Gesprächpartner Bestätigung zu holen.

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George und Charlotte Blonsky

Auch Erfindungen haben Ig Nobelpreise bekommen. So zum Beispiel ein mechanischer Gebärhelfer, bei dem die Gebärende auf einen Tisch mit drehbarer Oberfläche geschnallt und dann schnell gedreht wird. So soll dem Kind per Zentrifugalkraft aus dem Mutterleib geholfen werden. Das Teil hat natürlich auch ein Baby-Auffangnetz. Ist doch klar, man hat die Maschine schließlich gut durchdacht. Eine andere äußerst praktische Erfindung war ein Wecker, der immer wieder wegläuft und sich versteckt, um einen zum Aufstehen zu zwingen. Die Erfinder hofften, damit das Leben vieler Menschen effizienter zu machen.

Skurrile wissenschaftliche Erkenntnisse erfordern anscheinend überdurchschnittlich viele Selbstversuche. Michael L. Smith ließ sich wiederholt von Bienen stechen, an 25 verschiedenen Körperstellen. Das Fazit: Am Penis tat’s am meisten weh, an den Armen am wenigsten. Aha. Oder Donald L. Unger, der 60 Jahre lang mit den Fingern einer Hand knackte (mindestens zweimal täglich), mit denen der anderen Hand jedoch niemals. Seine Oma hatte ihm als Kind immer gesagt, dass man vom Knacken Arthritis bekäme. Bekommt man nicht, hat er herausgefunden (er jedenfalls nicht). Das nenne ich Durchhaltevermögen! Und dann war da noch John Trinkaus, der sehr genau protokollierte, was ihn im täglichen Leben so störte – wieviele Leute Baseballcaps mit dem Schild nach hinten statt nach vorne tragen, wieviele Leute an einem bestimmten Stopschild nur langsamer wurden, aber nicht anhielten, wieviele Leute mehr als die erlaubten Artikel an der Expresskasse im Supermarkt aufs Band legten, etc. Mehr als 80 solcher Zählungen hat der Mann angefertigt und veröffentlicht.

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Miss Sweetie Poo (das Mädchen links, das den Vortragenden anschreit) bei der Ig Nobelpreis-Verleihung 2002 (Bild: improbable.com)

Einige der Erkenntnisse, die mit einem Ig Nobelpreis ausgezeichnet wurde, waren eher Freizeitprojekte, zum Beispiel die Sache mit dem Fingerknacken. Andere jedoch, etwa die Schmerzstudie von Bienenstichen oder das Huhn mit dem Pömpel am Hintern, gründen auf ernsthaften wissenschaftlichen Fragen. Und ernsthaft ist Wissenschaft eigentlich fast immer, und sehr zeitaufwändig und stressig. Darum ist es ganz schön, wenn man einmal im Jahr über Wissenschaft lachen kann. Das geht am Besten, wenn man sich die Zeremonie auf YouTube anschaut anschaut. Die ist nämlich eine Klasse für sich.

Viele Preisträger kommen in albernen, selbstgebastelten Kostümen, die zu ihrer Studie passen. Um sicherzugehen, dass niemand mit seiner ewig langen Dankesrede das Publikum einschläfert, gibt es ein (echtes! – keine Schauspielerin) achtjähriges Mädchen, “Miss Sweetie Poo”, die den Sprecher nach drei Minuten anbrüllt: “Hör auf, mir ist langweilig!” Und die Preise – aus billigem Material gebastelt – werden von Preisträgern des http://im.rediff.com/news/2014/sep/20nobel11.jpgechten Nobelpreises überreicht. Die Gemeinschaft der Wissenschaftler nimmt die Ig Nobelpreise also durchaus als wichtiges Ereignis wahr! Die renommierte Zeitschrift Nature bezeichnete die Ig Nobelpreis-Verleihung sogar als “Höhepunkt des Wissenschaftsjahres”.

Es gibt Wissenschaftler, die zwei Nobelpreise bekommen haben, z.B. Marie Curie. Es gibt auch Leute, die zwei Ig Nobelpreise bekommen haben. Soweit ich weiß, hat noch niemand sowohl den Ig- als auch den echten Nobelpreis gewonnen. Melanie hat mich in den Kommentaren darauf aufmerksam gemacht, dass Andre Geim, ein russlanddeutscher Physiker, beide Preise bekommen hat: Den echten Nobelpreis erhielt er gemeinsam mit Konstantin Novoselov für ihre Untersuchungen an Graphen (das spricht man “Grafeen”), einer kristallinen Form von Kohlenstoff, die nur eine Atomschicht dick ist und als vielversprechender neuer Stoff für bessere Mikrochips gilt. Den Ig Nobelpreis bekam Andre Geim dafür, dass er die diamagnetischen Eigenschaften von Wasser nutze, um einen Frosch in einem Magnetfeld schweben zu lassen. Andre Geim hat übrigens die britische und niederländische Staatsbürgerschaft und wurde von der Queen of England zum Ritter geschlagen. Der Mann hat wirklich was erreicht im Leben!

PS.: Kees Moeliker hat seinen Ig Nobelpreis bei sich zu Hause im Gästeklo aufgehangen.

Youtube-Kanal!

Heute Mord im Max Planck-Institut!mal was in eigener Sache – ich habe meine Doktorarbeit fast fertig und habe mir mal etwas Zeit genommen, um zwei meiner Vorträge bei YouTube hochzuladen. Außerdem gibt es als kleines Extra eine kurze Fruchtfliegen-Animation, die ich mit Adobe After Effects erstellt habe. Meinen YouTube-Kanal “schlaugemacht” findet ihr unter https://www.youtube.com/channel/UCpTocwOOmYN6zoKwaXd7rtw
In Zukunft möchte ich unterhaltsame und lehrreiche Videos hochladen, also schaut immer mal vorbei! Demnächst gibt es auch endlich wieder einen neuen Blog-Artikel. Jeej! 😀

Patchworkfamilie – auf Genetisch

DNA_patchworkAnfang dieses Jahres wurde in Großbritannien eine neue Form der künstlichen Befruchtung zugelassen, bei der ein Kind gezeugt wird, dass drei genetische Eltern hat. Zwei Mütter, einen Vater. Eizelle und Spermazelle kommen von den leiblichen Eltern des Kindes. Die zweite Frau kommt als Mitochondrien – Spenderin ins Spiel. Was sind Mitochondrien und inwiefern kann eine Mitochondrien-Spende Paaren mit Kinderwunsch helfen?

Mitochondrien sind die „Kraftwerke“ der Zelle. Sie nutzen den Sauerstoff, den wir einatmen und der von den roten Blutkörperchen zu allen Zellen transportiert wird. Den Sauerstoff brauchen die Mitochondrien, um ATP herzustellen. ATP ist die Energiewährung alles Lebewesen, der Kraftstoff, der das Leben antreibt – wie Benzin oder Diesel beim Auto und Elektrizität im Haushalt. Alle unsere Muskeln und Organe brauchen das Molekül ATP, um ihre Aufgaben erfüllen zu können. Mitochondrien sind also extrem wichtige Bestandteile unserer Zellen. Und das Merkwürdige an ihnen ist, dass sie ihr eigenes Genom, also ihre eigene Erbinformation in Form von DNA in sich tragen. Diese Erbinformation ist unabhängig von der Haupt-Erbinformation des Menschen, die auf der DNA im Zellkern gespeichert ist. Diese Zellkern-DNA bestimmt die meisten unserer Eigenschaften – wie wir aussehen, welche Eigenschaften wir haben und so weiter. Doch auch die DNA in den Mitochondrien nimmt auf unser Leben Einfluss. Sie ist vor allem wichtig für die Funktion dieser kleinen Zell-Kraftwerke.

cell_simpleDNA

Und da beginnt das Problem, denn wenn Mitochondrien nicht richtig funktionieren, können fatale Krankheiten entstehen. So zum Beispiel das Leigh-Syndrom, das bei Säuglingen Muskelschwäche, Epilepsie und Entwicklungsverzögerungen verursacht und innerhalb weniger Jahre zum Tod führt. Andere Krankheiten, deren Ursache in den Mitochondrien liegt, gehen mit Taubheit, Sehstörungen, Muskellähmungen und Defekten im Nervensystem einher. Ziemlich scheußlich also. Seit etwa 20 Jahren arbeiten Forscher jedoch daran, Frauen aus Familien mit solchen mitochondrialen Krankheiten den Wunsch nach einem gesunden Kind zu erfüllen. Bevor ich dazu mehr erkläre, will ich erst einmal diese Frage beantworten: Wie kann es sein, dass Mitochondrien ihre eigene DNA haben? Und warum muss man sich keine Sorgen machen, wenn in der Familie des Mannes mitochondriale Krankheiten vorkommen?

Vor etwa anderthalb Milliarden Jahren schwammen in der Ursuppe die ersten primitiven Zellen herum. Sie alle hatten bereits Erbinformation auf einer recht kurzen DNA, die sie exakt kopierten und weitergaben, wenn sie sich teilten. Einige dieser frühen Zellen gewannen Energie, indem sie Sauerstoff und Kohlenstoffverbindungen aus dem Wasser aufnahmen und durch mehrstufige chemische Reaktionen in ihrem Zellinneren zu ATP verarbeiteten. Das kann man auch einfach „atmen“ nennen. Andere wiederum gewannen Energie, indem sie diese atmenden Zellen „fraßen“. Wie frisst ein Einzeller? Indem er seinen Zellkörper über den Zellkörper des anderen stülpt und ihn sich so gewissermaßen einverleibt. Die aufgenommene Zelle wird dann verdaut. Aber nicht immer. In einigen Fällen muss es wohl dazu gekommen sein, dass so ein Atmer von der anderen Zelle, die ihn in sich aufgenommen hatte, nicht verdaut wurde. Stattdessen blieb er als „Zelle in der Zelle“ am Leben und atmete weiter, setzte also Sauerstoff und Kohlenstoffverbindungen zu Energie um. Da dieser Atmer jetzt aber innerhalb einer anderen Zelle wohnte, kam dieser das ATP aus der Atmung auch zugute. Und der Atmer lebte geschützt und konnte nicht gefressen werden. Dieses Phänomen nennt man „Endosymbiose“. Das Wort ist aus verschiedenen griechischen Wörtern zusammengesetzt und bedeutet soviel wie „innen zusammenleben“ und wird verwendet, um eine Beziehung von beiderseitigem Nutzen zwischen zwei Lebewesen zu beschreiben. Im Laufe der Jahrmillionen verlor der Atmer viele Teile seiner DNA, sodass er nicht mehr frei leben konnte und zur Organelle wurde, einem Zellorgan. Doch auch heute haben diese Organellen, die wir nun „Mitochondrien“ nennen, noch genügend DNA um innerhalb der Zelle ein Eigenleben zu führen und sich selbstständig zu teilen.

Und was hat das mit Frauen und Fortpflanzung zu tun? Mitochondrien werden bei Säugetieren nur von der Mutter weitergegeben. Der Grund dafür ist einfach: die Spermien des Mannes müssen schnell sein. Mitochondrien haben ein gewisses Gewicht, das so ein Spermium langsam machen würde. Also enthalten Spermien schlichtweg keine Mitochondrien. Sie brauchen auch keine, da sie nicht besonders lange überleben müssen. All das ATP, das sie zum Schwimmen benötigen, wird vorher in den Spermien gespeichert.
Wenn die mitochondriale DNA aber Mutationen trägt, können die Mitochondrien nicht richtig funktionieren und es kommt zu Krankheiten. Die meisten Menschen mit Gendefekten in den Mitochondrien tragen eine Mischung aus kranken und gesunden Mitochondrien. So können oft die gesunden Mitochondrien die Defekte ausgleichen und eine Krankheit bricht nicht oder erst spät im Leben aus. Ist der Anteil kranker Mitochondrien jedoch höher als 60 %, können Krankheiten schon im Säuglingsalter ausbrechen. Solche Krankheiten sind nicht heilbar und meist auch nicht oder nur schwer behandelbar. Wenn eine Frau also weiß, dass solche mitochondrialen Krankheiten in ihrer Familie vorkommen, musste sie früher oft die schwere Entscheidung fällen, keine eigenen Kinder zu bekommen. Denn man kann nicht kontrollieren oder vorhersagen, wieviele kranke Mitochondrien an das Kind weitergegeben werden (selbst, wenn die Frau keine Symptome hat, kann sie einen gewissen Anteil kranke Mitochondrien haben).
Hier kommt nun die „Drei-Eltern-Befruchtung“ ins Spiel. Bei dieser Variante der künstlichen Befruchtung wird eine Eizelle der „echten“ Mutter mit dem genetischen Material des Vaters befruchtet. Das genetische Material dieser befruchteten Eizelle wird dann entnommen und in eine entkernte, befruchtete Eizelle der zweiten Frau eingebracht. So bekommt das Kind das genetische Material aus den Zellkernen seiner Eltern – und sieht ihnen damit ähnlich – hat aber die Mitochondrien einer anderen, gesunden Person. Da die Mitochondrien nicht mithilfe von Genen aus dem Zellkern hergestellt werden, sondern sich selbstständig innerhalb der Zelle teilen, ist dieser genetische Mix kein Problem.

Das genetische Material aus der befruchteten Eizele der leiblichen Mutter wird in die entkernte, befruchtete Eizelle der Mitochondrien-Spenderin übertragen. (aus: Paula Amato et al., Fertil Steril 2014)

Das genetische Material aus der befruchteten Eizele der leiblichen Mutter wird in die entkernte, befruchtete Eizelle der Mitochondrien-Spenderin übertragen.
(aus: Paula Amato et al., Fertil Steril 2014)

Diese neue Methode wird in Großbritannien bereits angewendet. Doch in allen anderen Ländern ist sie nicht erlaubt, da sich ethische Probleme ergeben: Die Eizelle mit den gesunden Mitochondrien muss ebenfalls befruchtet sein. Eine befruchtete menschliche Eizelle ist streng gesehen jedoch ein lebensfähiger menschlicher Embryo. Mit der Entfernung des genetischen Materials aus diesem Embryo nimmt man ihm die Chance, zu leben. Es gibt jedoch eine zweite Methode, bei der keine Befruchtung der Spender-Eizelle notwendig ist. Bei dieser Methode wird die Eizelle erst befruchtet, nachdem das genetische Material der leiblichen Mutter in die entkernte Spender-Eizelle eingebracht wurde. Doch trotzdem ergeben sich praktische Erwägungen: Wieviel bezahlt man der Eizell-Spenderin? Hat sie auch ein Recht auf das Kind? Ganz abgesehen von den ethischen Fragestellungen, die seit dem Beginn der künstlichen Befruchtung bestanden, z.B., ob wir irgendwann diese Technik nutzen werden, um das perfekte Kind, den perfekten Mensch, den perfekten Soldaten zusammenzubauen.

Ich persönlich glaube, dass wir Menschen einfach zu neugierig sind, um etwas, das möglich ist, nicht zu tun. Die Neugier ist es, die uns so weit hat kommen lassen. Sie treibt alles voran: Kunst, Kultur, Wissenschaft. Was ist möglich, wie weit können wir kommen? Dieser Frage werden Menschen immer nachgehen. Die neuen Techniken werden immer weiter entwickelt werden und alles, was möglich ist, werden wir irgendwann auch tun. Ethische Bedenken werden wir immer haben, doch letztendlich werden wir wohl den Fortschritt wählen. Ich glaube allerdings nicht, dass wir in zehn Jahren schon perfekte Babys züchten. Vielleicht in hundert oder fünfhundert Jahren. Ob das gut oder schlecht ist, weiß ich nicht. Es gibt Argumente für beide Seiten. Es muss jeder für sich entscheiden, welche Meinung er hat und welche Seite er unterstützt. Als Wissenschaftler bin ich natürlich ein neugieriger Mensch. Und ich kann nicht leugnen, dass ich die Möglichkeit, sich bewusst für ein gesundes Kind zu entscheiden attraktiv finde.

Wir basteln mit DNA

http://cdn.medgadget.com/img/daanbox.jpg

aus: Andersen et al., Nature 2009

Wer jetzt an Genmanipulation denkt, liegt ausnahmsweise falsch. Heute geht es buchstäblich ums Basteln – DNA Origami. Das gibt es wirklich und man kann unglaubliche Dinge damit anstellen.

Alles begann 2006, als der Computerwissenschaftler Paul W. K. Rothemund einen Artikel in der Zeitschrift Nature veröffentlichte, in dem er beschrieb, wie man aus DNA zwei- und dreidimensionale Objekte formen kann. Oder eher, wie man die DNA designen muss, damit sie sich selbstständig zu Objekten formt.

Die Grundlage für dieses Phänomen ist die Bindung zwischen den sogenannten DNA-Basenpaaren. Es gibt vier Basen, Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Kurz werden sie einfach mit den Buchstaben A, T, G und C abgekürzt. Sie sind die Zeichen des genetischen Codes. Der genetische Code speichert die Information darüber, wie ein bestimmter Organismus aufgebaut ist, zum Beispiel eine Rose, ein Hund oder ein Mensch. Die DNA ist also der Bauplan für ein Lebewesen. Der Bauplan fürs Billy-Regal bei Ikea ist in Form von Bildern codiert, aus denen man ablesen kann, wie man Billys Teile zusammensetzen muss. In der DNA ist die Information eben auf chemische Weise codiert, in Form der vier Basen. Diese können in beliebiger Kombination tausend- und millionenfach hintereinander vorkommen, das nennet man eine Basensequenz. Nun ist DNA aber nicht ein einzelner Strang aus Basen sondern ein Doppelstrang. Zwei Basenstränge „kleben“ sozusagen aneinander. Dabei steht einem A immer ein T und einem G immer ein C gegenüber, so wie hier:

DNAseq

Das nennt man Basenpaarung, und das macht DNA sehr gerne. Wenn man die beiden hier abgebildeten DNA-Stränge trennen (zum Beispiel durch Erhitzen) und gemeinsam in eine wässrige Lösung geben würde, fänden sie von selbst schnell wieder zusammen, wenn die Lösung abkühlt. DNA ist lieber doppel- als einzelsträngig, wenn der passende „spiegelbildliche“ Strang vorhanden ist. Und diese Vorliebe der DNA macht man sich beim DNA-Origami zu Nutze. Mithilfe von leistungsfähigen Computerprogrammen kann man DNA-Stränge entwerfen, die sich auf bestimmte Weise miteinander verbinden. Das funktioniert so:

Es gibt einen langen Einzelstrang, den Gerüststrang. Zusätzlich gibt es viele kurze Verbindungsstränge, die mit einer Hälfte einen Teil des Gerüststrangs binden und mit ihrer anderen Hälfte einen anderen Teil – so zwingen die Verbindungsstränge den Gerüststrang in eine bestimmte Form. Ungefähr so:

origami

Das lange Stück DNA oben ist der Gerüststrang, die zwei kurzen, farblich markierten darunter stellen die Verbindungsstränge dar. Die Basen, mit denen die Verbindungsstränge eine Basenpaarung eingehen, sind im Gerüststrang ebenfalls farblich markiert. Wenn man diesen Gerüststrang mit diesen beiden Verbindungssträngen vermischt, kommt danach so etwas heraus wie im unteren Teil des Bildes.

Das ist natürlich nur ein Beispiel, sogar ein ziemlich primitives. Wenn man sich nämlich geschickt anstellt, kann man aus DNA solche Formen basteln:

DNAorigami

Paul W. K. Rothemund, Nature 2006

Das ist schon ziemlich cool, aber der wahre Nutzen liegt in der Erschaffung dreidimensionaler Strukturen. Wissenschaftler vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering (“Institut für biologisch inspirierte Werkstoffe”) an der Uni Harvard haben eine Art Tonne aus DNA erschaffen, die an einer Seite ein Scharnier hat. Diese Struktur arbeitet als biologischer Nanoroboter: Man kann die „Tonne“ mit verschiedenen Dingen füllen, wie zum Beispiel einem Medikament gegen Krebs. Im normalen Zustand ist die Tonne geschlossen. Eine Dosis dieser Medikamenten-gefüllten Nanoroboter kann einem Krebspatienten verabreicht werden. Die Nanoroboter gelangen mit dem Blutstrom zu allen Körperzellen – doch nur, wenn sie mit einer Krebszelle in Kontakt kommen, öffnen sie sich und geben die Medikamente frei. So werden gesunde Zellen nicht angegriffen und Krankheiten können sehr effizient und mit wenig Nebenwirkungen behandelt werden.

Oben: Querschnitt durch die Tonnenform des DNA-Nanoroboters. Unten: Der Nanoroboter im geöffneten Zustand. (aus: Shawn M. Douglas et al., Science 2012)

Oben: Querschnitt durch die Tonnenform des DNA-Nanoroboters. Unten: Der Nanoroboter im geöffneten Zustand. (aus: Shawn M. Douglas et al., Science 2012)

Wir verstehen immer besser, wie DNA funktioniert und finden immer mehr kreative Anwendungen für dieses vielseitige Molekül. Durch ihre Codierungsfunktion kann DNA auf bestimmte Funktionen programmiert werden. Ein winziger Roboter, der sich selbst zusammenbaut und ohne jegliches Metall auskommt. Wahnsinn! Ich bin sehr gespannt, wann wir die ersten DNA-Nanoroboter in der Anwendung sehen. Bis jetzt ist das alles noch im Test, aber es sieht sehr gut aus für die klinische Anwendbarkeit dieser Technik. Und keine Angst, fremde DNA wird nicht ins menschliche Genom eingebaut – schließlich essen wir täglich Unmengen DNA und verwandeln und trotzdem nicht langsam in eine Banane oder ein Hühnchen.