"Macrostomum lignano" heißt der ein Millimeter kleine Plattwurm, der es zum "Modellorganismus" für die Untersuchungen von Zoologen und Genetikern gebracht hat.

Foto: Ladurner
Forscher an der Uni Innsbruck beschäftigen sich unter anderem mit dem genetischen Bauplan, der dies ermöglicht – und hoffen auf Rückschlüsse für den Menschen.

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Stammzellen sind Zellen, die imstande sind, sich zu teilen und in andere, spezialisierte Zellen zu verwandeln. So gut wie alle Organismen – auch der Mensch – weisen Stammzellen auf, doch im Erwachsenenalter sind diese nur noch bedingt wandelbar. Nicht so bei Plattwürmern: Diese verfügen nämlich über Stammzellen, die ein Leben lang können, was sonst nur Embryos vermögen: nämlich in fast alle Typen von Zellen auszureifen. Eine Handvoll dieser Neoblasten genannten Stammzellen genügt, um aus einem winzigen Gewebeteil ein fortpflanzungsfähiges neues Tier entstehen zu lassen.

Die einzigartige Regenerationsfähigkeit von Plattwürmern (Plathelminthen) ist seit langem bekannt: Schon vor hundert Jahren zerschnitt man Planarien und sah zu, wie aus jedem einzelnen Teil ein neues Individuum entstand. Auch heute noch gehören Planarien zum Standard-Zoo der Biologie, doch in Innsbruck arbeitet man seit mehreren Jahren an einem Plattwurm, dessen Eigenschaften ihn als Forschungsobjekt noch attraktiver machen. Es handelt sich dabei um Macrostomum lignano, einen Millimeter großen zwittrigen Plattwurm, der 1995 erstmals in der Lagune des italienischen Badeorts Lignano entdeckt wurde.

Seitdem haben Peter Ladurner vom Institut für Zoologie der Universität Innsbruck und seine Mitarbeiter an ihm zahlreiche entwicklungsbiologische Untersuchungen durchgeführt und sind zu dem Schluss gekommen, dass er sich hervorragend als neuer Modellorganismus für solche Fragestellungen eignet. Dafür empfehlen ihn neben seiner geringen Größe der Umstand, dass er durchsichtig ist, leicht zu halten und nur aus rund 25.000 Zellen besteht (ca. 1600 davon Neoblasten). Lediglich 4000 Zellen, davon 160 Neoblasten, sind nötig, um ein erwachsenes neues Tier entstehen zu lassen. Kein anderes Tier kommt mit so wenig Startmaterial aus.

Allerdings geht selbst hier nichts ohne Hirn: Im Kopfbereich längs geschnittene erwachsene Tiere erzeugen zwar neben dem alten Kopf einen zweiten, aber aus Gewebestücken, denen das Hirn und ein Großteil des Schlundes fehlen, wird kein vollständiges Individuum mehr. Das dürfte daran liegen, dass die entsprechenden Nervenimpulse fehlen.

Resistenz gegen Strahlen

Wie die Arbeitsgruppe von Bernhard Egger zeigen konnte, ist Macrostomum nicht zimperlich: Einzelne Tiere wurden innerhalb von zwei Jahren bis zu 59 Amputationen unterzogen – und wuchsen jedes Mal wieder zu einem vollständigen Individuum heran. Das bedeutet, dass bei der Regeneration auch die Neoblasten erneuert werden. Auch Hunger bringt die Würmer nicht dauerhaft in Verlegenheit: Nach Monaten ohne Futter waren sie zwar deutlich kleiner und hatten ihre Geschlechtsorgane völlig zurückgebildet.

Doch sobald sie wieder gefüttert wurden, erholten sie sich rapide: Pro Tag können sie bis zu 500 Zellen erneuern, das sind 21 pro Stunde. Offenbar verfügen die Tiere auch über ein sehr potentes DNA-Reparatursystem: Zehn Prozent einer mit Gammastrahlen bombardierten Gruppe überlebten nicht nur, sondern waren drei Wochen später wieder zur Zellteilung fähig.

Derzeit befassen sich Ladurner und sein Team im Rahmen eines FWF-Projektes mit der Steuerung der Neoblasten: Immerhin müssen bei der Regeneration ja nicht nur Gewebe aufgebaut werden – es braucht auch den richtigen „Bauplan“, also Gene, die zum richtigen Zeitpunkt die entsprechenden Aktivitäten auslösen. Und wie das wirklich funktioniert, ist bislang unklar. Eines weiß man allerdings: dass diese Mechanismen innerhalb des ganzen Tierreiches hochkonserviert sind, wie Katrien De Mulder und Georg Kuales mit den Genen piwi und boule nachweisen konnten. Diesbezügliche Erkenntnisse über Macrostomum können Hinweise auf die Verhältnisse beim Menschen geben.

Erste Kandidatengene wurden bereits isoliert. Für Aufhorchen sorgte das Macvasa-Gen, das eine Rolle bei der Bildung von Hoden, Ovarien und Eiern spielt und als ein Marker für Eizellen und Spermien ist: Wie Daniela Pfister zeigen konnte, ist es schon in ganz frisch geschlüpften Würmern aktiv. Das deutet darauf hin, dass es bereits im Embryo eine Anlage für Ovarien und Hoden gibt. Bisher war man davon ausgegangen, dass sich die Keimdrüsen erst nach dem Schlüpfen aus Neoblasten entwickeln. (Susanne Strnadl/DER STANDARD, Printausgabe, 26.3.2008)