K.o.-Schlag für Schwamm-Gene

„Schwämme sind gut für die Badewanne, aber schlecht für das wissenschaftliche Geschäft.“ Diesen Satz musste PD Dr. Michael Nickel vom Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie der Friedrich-Schiller-Universität Jena schon häufiger von experimentellen Evolutionsbiologen und Genetikern hören.

Der Wissenschaftler ist auf die Erforschung mariner Schwämme spezialisiert und wollte die Sache nicht auf sich beruhen lassen. Jetzt können der Jenaer Evolutionsbiologe und sein Mitarbeiter Dr. Jörg Hammel dem Vorurteil über den experimentellen wissenschaftlichen Wert von Schwämmen neue „schlagkräftige“ Argumente entgegensetzen: In einer internationalen Kooperation mit Kollegen der Iowa State University in Ames (USA), der University of Richmond (USA) und der Ludwig-Maximilians-Universität München ist es den Wissenschaftlern erstmals gelungen, die Aktivität eines Gens in zwei verschiedenen Schwammarten teilweise auszuschalten. „Dabei schlagen wir das Gen nicht vollständig k.o.“, unterstreicht Dr. Nickel. Bei einem sogenannten Gen-Knockdown, wie ihn das Team jetzt erzielt hat, wird die Gen-Aktivität lediglich stark verringert, jedoch nicht komplett ausgeschaltet. Ihre Ergebnisse publizierten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „BMC Biotechnology“ (DOI:10.1186/1472-6750-11-67).

In ihren Experimenten haben die Jenaer Wissenschaftler das Aktin-Gen im Meeres-Schwamm „Tethya wilhelma“ auf weniger als ein Drittel seiner ursprünglichen Aktivität reduziert. „Dieses Gen und das von ihm kodierte Eiweiß haben eine wichtige Funktion beim Aufbau des Zellskeletts“, erläutert Dr. Nickel. Damit gelang den Jenaern Forschern erstmals überhaupt, eine Knockdown-Methode auf Schwämme anzuwenden. „Für die experimentelle Evolutionsbiologie ist das ein großer Durchbruch“, ist Nickel überzeugt. „Denn um die Funktion von Genen in verschiedenen Organismen experimentell vergleichen zu können, benötigen wir solche Knockdown-Techniken.“ Insbesondere bei den basalen Metazoen, den im Laufe der Evolution frühzeitig entstandenen vielzelligen Tieren, sei der vergleichend-experimentelle Bedarf sehr hoch.

Neben den Schwämmen gehören auch Nesseltiere, Rippenquallen und die sogenannten Scheibentiere zu den Metazoen. Die verwandtschaftlichen Beziehungen dieser Tiere sind nach wie vor stark umstritten. „Mit unserem Forschungsansatz können wir nun erstmals Gene detailliert funktionell untersuchen und damit neue evolutionäre Szenarien entwickeln und überprüfen“, sagt Dr. Nickel und erwartet davon neue Erkenntnisse zur Evolution von Funktionskomplexen. Sein Mitarbeiter Dr. Jörg Hammel ergänzt: „Vergleichende funktionelle Studien können auch helfen, die umstrittenen Verwandtschaftsverhältnisse zwischen den Tiergruppen weiter zu klären.“

Neben dem Meeres-Schwamm „Tethya wilhelma“, den Nickel vor zehn Jahren im Zoologisch-Botanischen Garten „Wilhelma“ Stuttgart entdeckte und erstmals beschrieben hat, ließ sich das Gen-Knockdown auch an einem Süßwasser-Schwamm mit Namen „Ephydatia muelleri“ zeigen. In beiden Fällen haben die Jenaer Evolutionsbiologen und ihre internationalen Kooperationspartner die sogenannte RNA-Interferenz-Technik adaptiert, die seit einigen Jahren bereits in anderen Modellorganismen zum Einsatz kommt. Allerdings, so bilanziert Dr. Nickel, sei es eine große Herausforderung gewesen, diese Technik auf einen Meeresorganismus anzupassen, da die verwendeten Substanzen im Meerwasser sehr instabil sind. „Damit nimmt ,Tethya wilhelma‘ eine wichtige Hürde auf dem Weg zu einem anerkannten experimentellen Modellorganismus.“

Jetzt blicken die Jenaer Forscher mit Spannung auf weitere Experimente, mit denen sie sich vor allem Fragen zur Evolution der Kontraktion in Tieren – eines ihrer Kerngebiete – widmen wollen.

Original-Publikation:
Rivera, S. A., Hammel, J. U. et al. RNA interference in marine and freshwater sponges: actin knockdown in Tethya wilhelma and Ephydatia muelleri by ingested dsRNA expressing bacteria. BMC Biotechnology 2011, 11:67 (DOI:10.1186/1472-6750-11-67)
Kontakt:
PD Dr. Michael Nickel
Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie mit Phyletischem Museum
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Erbertstr. 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949174
E-Mail: m.nickel[at]uni-jena.de