Prothetik kann ein Lebensretter sein Wenn eine Person ein Glied verliert, wäre es dann nicht besser, wenn wir diesen fehlenden Teil nachwachsen lassen könnten? 3D-Druck? Amphibien wie der mexikanische Salamander Axolotl können Gliedmaßen regenerieren, und deshalb untersuchen Wissenschaftler seit mehr als 150 Jahren ihre einzigartige Physiologie. Ein Team von Wissenschaftlern in Wien ging über die Physiologie hinaus und vertiefte sich in die Genetik des Salamanders. Gene identifizieren am Nachwachsen von Gliedmaßengewebe beteiligt. Wir sind vielleicht noch weit davon entfernt, neue Arme und Beine wachsen zu lassen, aber diese Entdeckung bringt uns dem Verständnis, wie diese Regeneration auf molekularer und genetischer Ebene abläuft, einen Schritt näher.
Die Regeneration fehlender Gliedmaßen mag wie Science-Fiction erscheinen, ist es aber nicht. Der mexikanische Salamander Axolotl ist besonders geschickt darin, Körperteile nachwachsen zu lassen. Innerhalb weniger Wochen nach einer Verletzung können Muskeln, Knochen und sogar Nerven nachwachsen. Es kann sich nicht nur auf Befehl regenerieren, sondern das neu gebildete Glied ist auch ein perfekter Ersatz für das verlorene. Unglaublicherweise kann der Salamander auch ein beschädigtes Rückenmark oder Netzhautgewebe reparieren, was ihm nahezu gottähnliche Fähigkeiten verleiht. Kein Wunder, dass Wissenschaftler es im Labor so intensiv kultivieren und erforschen.
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Unter der Leitung von Forscherin Elly Tanaka arbeitet das Wissenschaftlerteam heute am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien mit einer der größten Axolotl-Kolonien der Welt. Während seiner Tätigkeit am DFG-Zentrum für Regenerative Therapien Dresden an der TU Dresden und am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) entdeckten Tanaka und ihr Team einige der Zellen und molekularen Wege, die die Regeneration des Axolotl steuern Verfahren. Diese Entdeckung lieferte tiefere Einblicke in die Funktionsweise der Regeneration, aber sie benötigten genetische Daten, um die Lücken zu schließen.
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Um diesen Regenerationsprozess besser zu verstehen, beschlossen die Wiener Wissenschaftler, die mühsame Aufgabe zu übernehmen, das gesamte Genom des Axolotl zu sequenzieren. Bisher scheiterten Versuche, das komplette Genom zu sequenzieren, an der erstaunlichen Größe des komplexen Erbguts des Salamanders. Mit 32 Milliarden Basenpaaren ist das Genom des Axolotl zehnmal größer als das menschliche Genom. Es ist nicht nur groß, sondern enthält auch viele große, sich wiederholende Sequenzen, mit denen vorhandene Sequenzierungsmaschinen und Genomanalysesoftware nicht umgehen können.
Tanaka, zusammen mit Michael Hiller und Gene Myers vom MPI-CBG und Siegfried Schloissnig vom Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) konnten mit dem PacBio das gesamte Genom sequenzieren, zusammensetzen und analysieren Plattform. PacBio ist einzigartig, weil es einen großen Bereich eines Genoms in einem einzigen Lesevorgang sequenzieren kann. Selbst mit diesem leistungsstarken Sequenzer waren 72,5 Millionen Lesevorgänge und eine von den Forschern mitentwickelte maßgeschneiderte Software erforderlich, um alle diese Daten zusammenzufügen.
Nachdem das Genom erfolgreich zusammengesetzt war, analysierten die Wissenschaftler es und identifizierten mehrere Gene, die nur im Axolotl und anderen ähnlichen Amphibien vorkommen und beschädigtes Gliedmaßengewebe nachwachsen lassen können. „Wir haben jetzt die Karte in unseren Händen, um zu untersuchen, wie komplizierte Strukturen wie Beine nachgewachsen werden können“, sagt IMP-Postdoc-Forscher und Co-Autor Sergej Nowoshilow eine Pressemitteilung von der Max-Planck-Gesellschaft. Das neu sequenzierte Axolotl-Genom steht anderen Wissenschaftlern öffentlich zur Verfügung, damit sie sie für ihre Forschung zur Gliedmaßen- und Geweberegeneration nutzen können.
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