Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fadenwürmer überstehen mit Hilfe von Zucker extreme Trockenheit

12.08.2011
Max-Planck-Forscher in Dresden erklären, wie die Würmer Trockenphasen überdauern

Ohne Wasser kein Leben – für einige Lebewesen gibt es eine Ausnahme von dieser existenziellen Regel: Sie können auch extreme Trockenheit überleben.


Der Fadenwurm Caenorhabditis elegans können trockene Phasen überstehen, indem sie verstärkt den Zucker Trehalose produzieren. In Trockenstarre rollen sich die Tiere auf (links).
© MPI f. molekulare Zellbiologie und Genetik

Forscher des Dresdner Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik haben nun die molekularen Mechanismen dieses Phänomens im Fadenwurm Caenorhabditis elegans entschlüsselt: Larven können einen Wasserverlust von 98 Prozent überstehen und nach fast totaler Austrocknung wiederauferstehen. Zu diesem Überlebenswunder benötigen die Würmer den Zucker Trehalose:

Offensichtlich können sie eine Veränderung des Feuchtigkeitslevels erspüren und darauf reagieren, indem sie mehr Trehalose herstellen – fast fünfmal so viel wie der Normalwert. Die Zellmembranen bleiben dabei intakt, der Wurm nimmt keinen Schaden.

Lebewesen wie Bärtierchen, Salzwasserkrebse oder der millimetergroße Fadenwurm C. elegans können bei extremer Austrocknung ihren Stoffwechsel herunterfahren und sich in einen todesähnlichen Zustand versetzen ohne tatsächlich zu sterben – Anhydrobiose heißt dieses Leben ohne Wasser. Der Fadenwurm ist in der Biochemie, Entwicklungsbiologie oder Genetik ein beliebter und vielgenutzter Modellorganismus; für die Anhydrobiose-Forschung ist er bisher allerdings kaum eingesetzt und noch nie im Labor auf seine Austrocknungstoleranz getestet worden.

Das haben nun Forscher um Teymuras Kurzchalia am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf getan: Sie haben sich Fadenwurm-Larven in verschiedenen Austrocknungsgraden mit und ohne Vorbehandlung angeschaut und die Überlebensraten beschrieben. Dazu nutzten sie Larven im sogenannten Dauerstadium – bei widrigen Umweltbedingungen verfällt C. elegans in diesen alternativen Entwicklungszustand, in dem er keine Nahrung braucht, einen heruntergefahrenen Energiehaushalt hat und so eine Vielzahl von Stressfaktoren besser ertragen kann. Für die Experimente züchteten die Forscher spezielle Mutanten, die sich bei 15 Grad Celsius fortpflanzen und bei 25 Grad in das Dauerstadium fallen.

Wundervolle Wiederauferstehung

Die Würmer wurden herangezogen, dann einen Tag lang einem bestimmten Trockenheitsgrad ausgesetzt. Danach wurde dem Medium, in dem die Larven leben, wieder Wasser hinzugefügt und die Überlebensrate der Würmer festgestellt. Die toten Würmer blieben starr, andere Würmer aber vollzogen die wundervolle Wiederauferstehung: Schon 20 Minuten nach Wasserzugabe schlängelten sie sich bereits wieder durch das Nährmedium. Bei plötzlichem Wasserentzug sind auch die mutierten Würmer nicht besonders resistent und überleben nur sehr geringe Austrocknungsgrade.

Larven hingegen, die vier Tage lang bei heruntergesetzter Feuchtigkeit gehalten, also auf den Wasserentzug vorbereitet wurden, erhöhten ihre Trockenheitstoleranz auffallend und erreichen damit eine sehr hohe Überlebensrate: 23 Prozent Restfeuchtigkeit stecken dann fast alle Larven ohne jeglichen sichtbaren Schaden weg, selbst totalen Wasserentzug überlebt jeder zehnte Wurm. Eine weitere Beobachtung: Die Würmer, denen langsam das Wasser entzogen wurde, nahmen eine gespulte Haltung ein. Die Forscher interpretieren das als eine Strategie der Würmer, um das Verdunsten von Feuchtigkeit zu verringern.

Die Forscher interessierten sich nun für den Zucker Trehalose – schon lange hatte man ihn im Visier, um das Phänomen der Anhydrobiose zu verstehen. Bekannt war, dass Würmer ihren Trehalose-Pegel bei Austrocknung um ein Vielfaches hochfahren. Das Dresdner Forscherteam wollte das für seine Dauer-Larven genauer wissen: Ihren speziellen Mutanten haben sie wieder langsam das Wasser entzogen und nach dieser Vorbereitung einen fünffachen Trehalose-Wert in den Würmern feststellen können. Das zeigt, dass die Würmer offensichtlich eine Schwankung der Feuchtigkeit ermitteln können und mit erhöhter Trehalose-Produktion beantworten. Der Zucker scheint für Fadenwürmer eine wichtige Komponente zu sein, um extreme Trockenheit besser zu überstehen – was nicht für alle Lebewesen gilt: Rädertierchen beispielsweise überleben komplette Austrocknung auch, ohne Trehalose überhaupt herstellen zu können.

Intakte Zellmembran nach Wiederauferstehung
Um die Rolle von Trehalose detaillierter zu verstehen, züchteten die Forscher eine weitere Mutante, die diesen Zucker nicht produzieren kann. Schaut man sich dann die Würmer nach Austrocknung und Wiederbelebung unter dem Licht- oder Elektronenmikroskop genauer an, so fällt folgendes auf: Bei einer Feuchtigkeit von 60 Prozent überleben dies nur die Würmer unbeschadet, die Trehalose produzieren können. Die genveränderten Wurmlarven ohne Trehalose-Produktion hingegen überlebten nicht und wiesen plötzlich auffällige Fetttröpfchen auf – ein Hinweis darauf, dass ohne Trehalose die Zellmembranen der Würmer anfälliger sind und Fetttröpfchen unkontrolliert fusionieren, was die Membran zerstört. Ein hoher Trehalose-Pegel aber, so die Folgerung, hilft dabei, die Zellmembran auch bei extremer Austrocknung voll funktionsfähig zu halten. In Zukunft wollen die Forscher weitere Technologien wie etwa die Raman-Spektroskopie verwenden, um auch die physikalischen Vorgänge bei der Anhydrobiose besser zu verstehen.

Cihan Erkut | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpi-cbg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte