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11.03.2010

Tag ein, Tag aus haben die Mitarbeiter von Frank Schnorrers Labor am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried Fliegen fliegen lassen und sie währenddessen genauestens untersucht. Mehr als 25.000 Flugtests und unzählige mikroskopische Aufnahmen brachten das Ergebnis, das die Wissenschaftler gemeinsam mit Kollegen vom Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie in Wien jetzt im Fachmagazin "Nature" veröffentlicht haben: Drosophila melanogaster, die Taufliege, die Genetiker gern als Modellorganismus nutzen, besitzt 2785 Gene, die alle für die Entwicklung und die Funktion ihrer Muskeln verantwortlich sind.

Die Untersuchung der Wissenschaftler kommt einer Sisyphus-Arbeit gleich, schließlich mussten sie systematisch fast alle 12.000 Gene der Taufliege analysieren, um das genetische Muskelprogramm zu entschlüsseln. Im Prinzip schalteten die Wissenschaftler dafür nach und nach jedes einzelne Gen mit Hilfe einer speziellen Methode, der sogenannten RNAi-Technik, in den Muskeln der Fliegen aus und untersuchten anschließend die Folgen auf ihr Flugverhalten.

Dabei identifizierten sie nicht nur diejenigen Gene, die eine maßgebliche Rolle bei der Ausbildung und Steuerung der Muskeln spielen, sondern stellten auch diejenigen Genmutationen fest, die zu Muskeldefekten führen.

"Ein Teil der entdeckten Gene wird in allen Muskeln gebraucht, ein anderer Teil nur in den sehr schnellen, sehr kraftvollen Flugmuskeln", sagt Schnorrer. Die Flugmuskeln der Insekten gehören zu den kräftigsten Muskeln im Tierreich: "Sie können bis zu 100 Watt pro Kilogramm Muskelmasse erzeugen und das über einen langen Zeitraum. Davon können Bodybuilder oder Tour-de-France-Fahrer nur träumen." Diese schaffen dauerhaft etwa 30 Watt pro Kilogramm Muskelmasse.

Ursache für Defekte in den Genen entdeckt

Die Forscher identifizierten unter anderem die Gene, die für die Organisation von Muskeln zuständig sind sowie für die Ausbildung der Muskelfibrillen. Diese Einheiten der Muskelzelle regeln das Zusammenziehen des Muskels. Sie bestehen aus vielen zusammengeschalteten Sarkomeren, die sich als kleinste Arbeitseinheiten der Muskulatur zur Kontraktion verkürzen. Bei der Analyse entdeckten die Forscher auch die Ursachen für Defekte wie fehlende Muskeln, verdünnte und degenerierte Muskelfibrillen oder verklumpte Sarkomere.

Für die Forscher ist das Wissen um das genetische Profil der Muskelentwicklung sehr wertvoll, denn es dürfte künftig bei der Behandlung von Erkrankungen des Menschen nützlich sein: Viele Muskelgene der Taufliege sind auch beim Menschen vorhanden und für eine normale Funktion der Muskeln notwendig. Ähnlich wie der Mensch besitzt Drosophila verschiedene Muskeltypen. Manche davon lassen etwa Fliegenlarven langsam kriechen, andere wiederum sind für den blitzschnellen Flügelschlag der Fliege notwendig.

Eine Veränderung dieser Gene führt häufig zu Muskelerkrankungen. So ist beispielsweise bekannt, dass Mutationen in den Laminin-Genen für eine bestimmte Form von degenerativen Muskelerkrankungen, die Muskeldystrophie, verantwortlich sind. Laminin ist ein Eiweiß, das beim Aufbau der Zellkernhülle gebraucht wird. "Das Wissen über solche Zusammenhänge könnte in Zukunft helfen, Muskelerkrankungen früher zu erkennen und individuell zu behandeln", hofft Schnorrer.

Anmerkung der Redaktion: In einer früheren Version des Artikels war von der "Fruchtfliege" die Rede. Das ist leider nicht ganz korrekt, sondern lediglich der Trivialname für Drosophila melanogaster. Die richtige deutsche Bezeichnung ist die "Taufliege". Wir bitten, den Fehler zu entschuldigen.