Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fisch steht Modell für die Altersforschung

30.04.2009
Forscher am Fritz-Lipmann-Institut Jena etablieren mit Nothobranchius furzeri neuen Modellorganismus zur Erforschung von Alterungsprozessen

Fadenwürmer, Hefepilze und Fruchtfliegen gehören zu den wichtigsten Modellorganismen in der biologischen Altersforschung. Sie geben Aufschluss darüber, welche physiologischen Prozesse und molekularbiologischen Bedingungen Alterungsprozesse beschleunigen oder aufhalten.

Diese Altersforschungsmodelle bekommen jetzt Konkurrenz durch einen schmucken Neuling in der Branche: den Prachtgrundkärpfling Nothobranchius furzeri. Dieser bei Aquarianern seit Jahrzehnten sehr beliebte afrikanische Fisch ist bekannt für seine kurze Lebensspanne. In drei Monaten durchläuft er den Kreislauf des Lebens von Geburt, Fortpflanzung und Tod.

"Wir vermuten dahinter ein genetisches Programm, das den Lebenszyklus reguliert und damit Altersprozesse vorbestimmt", so Dr. Alessandro Cellerino vom Leibniz-Institut für Altersforschung, Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena.

Dem Gruppenleiter ist es 2004 gelungen, in Mozambique eine langlebigere Variante dieses Tümpelfisches aufzuspüren und in Kultur zu nehmen. Die Fische dieser Variante altern nicht so schnell wie ihre kurzlebigen Verwandten aus dem Gona Re Zhou Nationalpark in Zimbabwe. Die Zucht dieser Fische unter Laborbedingungen ist anspruchsvoll. Doch der Aufwand lohnt sich. So zeigte sich beim Vergleich der entsprechenden Gewebe, dass bei der kurzlebigeren Variante die altersbedingten Degenerationsprozesse in Gehirn und Leber tatsächlich schneller verlaufen als beim länger lebenden Prachtgrundkärpfling. "Auch die Leistungsfähigkeit beim Schwimmen nimmt bei der kurzlebigen Art schneller ab", zeigt der Wissenschaftler.

Die Beschreibung der phänotypischen Unterschiede war der erste Schritt, jetzt geht es darum, die genetische Steuerung dieser Alterungsprozesse zu verstehen. Welche molekular-genetischen Faktoren sind für die Unterschiede in der Lebensspanne verantwortlich? Gibt es Altersgene, die die maximale Lebensspanne dieser Organismen festlegen? Durch Kreuzungsexperimente zwischen der kurzlebigen und der langlebigeren Variante sollen Genbereiche kartiert werden, die für diese Unterschiede verantwortlich sind.

Im Zeitalter der Genomforschung werden zukünftige Arbeiten nicht ohne detaillierte Kenntnis des Fisch-Genoms auskommen. Die FLI-Arbeitsgruppe um Dr. Matthias Platzer hat durch Sequenzanalysen in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Manfred Schartl von der Universität Würzburg nun den Grundstein zur genomischen Charakterisierung des Prachtgrundkärpflings gelegt. Dabei fiel auf, dass dessen Genom im Vergleich zu den anderen in der Forschung gebräuchlichen Modellfischen (z.B. Stichling und Zebrafisch) vergleichsweise groß ist und ungefähr 2/3 der Genomgröße des Menschen ausmacht. Wie beim Menschen findet sich auch beim Prachtgrundkärpfling ein hoher Anteil an Genabschnitten, die sich häufig wiederholen. "Diese repetitiven Sequenzen häufen sich vor allem in den Abschnitten der Chromosomen, die bei der Zellteilung wichtig sind, den Centromeren", erklärt Dr. Kathrin Reichwald, wissenschaftliche Mitarbeiterin der Gruppe Platzer.

Die Ähnlichkeit zum menschlichen Genom ist besonders erfreulich, da das Fischmodell, als kurzlebigstes Wirbeltier, hoffentlich Aufschlüsse geben wird, die auch auf den Menschen übertragen werden könnten. Die repetitiven Sequenzen sind allerdings gleich zwischen der langlebigeren und der kurzlebigeren Variante der Fischspezies. "Wir sind aber sehr gespannt auf die weiteren Ergebnisse der laufenden Kreuzungsexperimente, die uns hoffentlich einen großen Schritt weiterbringen werden", so Platzer.

Ein vielversprechendes Feld in der Altersforschung zur Erklärung der Begrenztheit der Lebensspanne ist die Telomerforschung. Telomere bestehen aus repetitiven DNA-Sequenzen an den Enden von Chromosomen und verkürzen sich von Zellteilung zu Zellteilung. Haben die Telomere eine bestimmte Kürze erreicht, hören die Zellen auf, sich zu teilen. FLI-Forscher aus der Gruppe von Prof. Dr. Christoph Englert haben nun untersucht, ob die Telomerverkürzung bei den beiden Nothobranchius-Varianten eine Rolle spielt. Sie haben die Telomerlängen im Muskel- und Hautgewebe alter und junger Fische beider Varianten miteinander verglichen. "Erstaunlicherweise zeigte sich im älteren Gewebe der längerlebigen Variante ein Telomerverkürzungseffekt, in der kurzlebigen Variante aber nicht!", wunderten sich die Wissenschaftler. "Die Verkürzung der Telomere ist hier also nicht Ursache der beschleunigten Alterung", schlussfolgert der wissenschaftliche Mitarbeiter Dr. Nils Hartmann. "Wir spekulieren, dass die Telomere in der kurzlebigen Variante in ihrer Länge zwar erhalten bleiben, aber an Funktionalität verlieren", so Englert. In weiterführenden Arbeiten wird dies derzeit untersucht.

Ein anderer für die Altersforscher nicht weniger erstaunlicher Befund ist die Tatsache, dass sich eine Beschränkung der Kalorienzufuhr auf die beiden Fischlinien unterschiedlich auswirkt. Aus Experimenten mit Hefepilzen, Fadenwürmern und der Fruchtfliege weiß man, dass sich eine nährstoffreduzierte Diät lebensverlängernd auswirkt. "Beim kurzlebigen Prachtgrundkärpfling wirkt sich die Beschränkung der Nahrungszufuhr deutlich lebensverlängernd aus. Bei der langlebigeren Variante zeigt sich jedoch ein ambivalenter Effekt. Die Langlebigeren sterben unter der Diät zuerst vermehrt. Aber die, die überleben, leben dann auch umso länger", beschreibt Alessandro Cellerino den gefundenen Effekt. "Wir haben nun herausgefunden, dass die durch die Diät ausgelöste Sterblichkeit bei den langlebigen Nothobranchien nicht altersbedingt ist, sondern durch Stressreaktionen im Gehirn hervorgerufen wird, erklärt Cellerino. Die überlebenden Hunger-Exemplare sind gegen Stress besser geschützt. `Hormesis´ nennen die Wissenschaftler diesen Abhärtungseffekt, der im Volksmund eine geläufige Entsprechung hat: "Was uns nicht umbringt, macht uns nur noch härter".

Die FLI-Wissenschaftler sind dabei, den Prachtgrundkärpfling als viel versprechendes Tiermodell in der biologischen Altersforschung zu etablieren. "Uns geht es um die Verbindung von Phänotyp, Molekularbiologie und Genomik", sagt Christoph Englert. Mittlerweile gingen mehrere Veröffentlichungen aus diesem Projekt hervor. "Mit dem schmucken afrikanischen Tümpelfisch, also einem Wirbeltier, sind wir evolutionär sehr viel näher am Menschen als mit Hefepilzen, Fruchtfliegen und Fadenwürmern. Wir gehen davon aus, dass sich Forschungsergebnisse über Nothobranchius besser auf den Menschen übertragen lassen und der Altersforschung wesentliche Impulse geben werden", sind sich die FLI-Gruppenleiter Cellerino, Platzer und Englert sicher.

Für die Forschungen am Fritz-Lipmann-Institut in Jena zur Etablierung des Prachtgrundkärpflings Nothobranchius furzeri als innovatives Modell für die Altersforschung waren 2006 von den Antragstellern Platzer und Englert Bundesmittel aus dem "Pakt für Forschung und Innovation" in Höhe von 620.000 Euro eingeworben worden. Zudem hat die DFG auf Antrag von Cellerino Projektmittel in Höhe von 220.000 Euro zur Verfügung gestellt.

Publikationen:

Terzibasi E, Valenzano D, Benedetti M, Roncaglia P, Cattaneo A, Domenici L, Cellerino A (2008)
Large differences in aging phenotype between strains of the short-lived annual fish Nothobranchius furzeri.

PLoS ONE. 3, e3866

Terzibasi E, Lefrançois C, Domenici P, Hartmann N, Graf M, Cellerino A. (2009)
Effects of dietary restriction on mortality and age-related phenotypes in the
short-lived fish Nothobranchius furzeri.
Aging Cell. Apr;8(2):88-99.
Hartmann N, Reichwald K, Lechel A, Graf M, Kirschner J, Dorn A, Terzibasi E, Wellner J, Platzer M, Rudolph KL, Cellerino A, Englert C (2009)
Telomeres shorten while Tert expression increases during ageing of the short-lived fish Nothobranchius furzeri.

Mechanisms of Ageing and Development, in Druck.

Reichwald K, Lauber C, Nanda I, Kirschner J, Hartmann N, Schories S, Gausmann U, Taudien S, Schilhabel MB, Szafranski K, Glockner G, Schmid M, Cellerino A, Schartl M, Englert C, Platzer M (2009)
High tandem repeat content in the genome of the short-lived annual fish Nothobranchius furzeri: a new vertebrate model for aging research.

Genome Biol 2009 10: R16

Dr. Eberhard Fritz | idw
Weitere Informationen:
http://www.fli-leibniz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Proteine entdecken, zählen, katalogisieren
28.06.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chemisches Profil von Ameisen passt sich bei Selektionsdruck rasch an
28.06.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive