Genom eines Regenerationskünstlers: Forscher haben erstmals die vollständige Erbinformation des Axolotls entschlüsselt. Mit 32 Milliarden Basenpaaren ist das Genom dieses mexikanischen Salamanders das größte, das jemals sequenziert worden ist. Es soll nun bei der Klärung eines ebenso großen Rätsels helfen: Wie schafft es der Axolotl, verlorene Gliedmaßen und selbst durchtrenntes Rückenmark wieder nachwachsen zu lassen?
Der Axolotl (Ambystoma mexicanum) verfügt über wahre Superkräfte: Verliert der mexikanische Salamander ein Körperteil, wächst ihm innerhalb weniger Wochen ein perfekter Ersatz mit Knochen, Muskeln und Nerven an den richtigen Stellen nach. Selbst durchtrenntes Rückenmark oder verletztes Netzhautgewebe ist für den Regenerationskünstler kein Problem. Es wird einfach wiederhergestellt.
Diese verblüffende Fähigkeit fasziniert Wissenschaftler, allen voran Mediziner, seit jeher. Sie fragen sich: Was ist das Geheimnis hinter der Gewebe-Reparatur? Und: Wenn ein „Neubau“ von Gliedmaßen oder Organen bei Tieren wie dem Axolotl funktioniert – könnte dies dann nicht ebenso beim Menschen gelingen?
Puzzle mit Millionen Teilen
Um den Prozess der Regeneration vollständig zu verstehen und herauszufinden, warum sie bei dem Axolotl so viel besser funktioniert als bei den meisten Arten, müssen Wissenschaftler das Genom des Salamanders kennen. Das Problem: Mit 32 Milliarden Basenpaaren ist es mehr als zehnmal so groß wie das menschliche Genom. Aufgrund dieser gigantischen Größe konnte das Axolotl-Erbgut nie komplett sequenziert werden – bis jetzt.
Elly Tanaka vom Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie in Wien und ihren Kollegen ist es dank einer neuen Sequenzierungstechnologie nun doch gelungen, die gesamte Erbinformation des mexikanischen Salamanders zu entschlüsseln. Wie bei einem Puzzle setzten sie das Genom dabei aus Millionen von einzelnen Sequenzstücken zusammen. Es ist das größte Genom, das jemals sequenziert worden ist.
„Ein echter Meilenstein“
Die Analyse dieser riesigen Datenmengen lieferte den Forschern neue Hinweise auf die Grundlagen der einzigartigen Regenerationsfähigkeit. So fanden sie mehrere Gene, die nur beim Axolotl und anderen Amphibienarten vorkommen und in regenerierendem Gewebe aktiv sind. Auffallend ist auch, dass ein wichtiges und weit verbreitetes Entwicklungsgen namens PAX3 beim Axolotl vollständig fehlt. Dessen Funktion übernimmt ein verwandtes Gen namens PAX7. Beide Gene spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Muskeln und Nerven.
„Wir haben jetzt die genetische Karte in der Hand, mit der wir untersuchen können, wie komplizierte Strukturen – zum Beispiel Beine – nachwachsen können“, sagt Tanakas Kollege Sergej Nowoshilow. „Dies ist ein echter Meilenstein für die Axolotl-Forschung.“ Ein Meilenstein, der Forschern weltweit nun dabei hilft, die Regeneration von Geweben besser zu verstehen. (Nature, 2018; doi: 10.1038/nature25458)
(IMP – Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie GmbH, 25.01.2018 – DAL)
