Schwamm-Erbgut entschlüsselt Wie das komplexe Leben begann

Keine Organe, Muskeln oder Nerven: Schwämme sind primitive Organismen. Und doch war die Untersuchung ihres Erbguts für Forscher eine harte Nuss. Das Ergebnis hat sie überrascht, denn die Tiere haben ein unerwartet komplexes Genom - das einen Blick in die Frühzeit des Lebens bietet.

Marcin Adamska

Eigentlich versprach das Erbgut der Schwämme keine großen Erkenntnisse - schließlich vermutet man bei einem primitiven Organismus keine komplexen Sequenzen in der DNA. Die Tiere besitzen keine Organe, sie haben keine Nerven und auch keine Muskeln. Ergo sollte der Bauplan eine einfache Angelegenheit sein. Und doch hatten Mansi Srivastava von der University of California in Berkeley und seine Kollegen eine harte Nuss zu knacken, wie sie im Wissenschaftsjournal "Nature" berichten.

Nicht nur, dass es keine einfache Aufgabe war, ausreichend reine DNA aus den Tieren zu isolieren. Als die Forscher die Sequenz des Schwamm-Erbguts - genauer gesagt, des Hornkieselschwamms namens Amphimedon queenslandica - endlich entschlüsselt hatten, waren sie überrascht: Trotz ihres einfachen Erscheinungsbilds besitzen Schwämme nahezu die gleiche genetische Grundausstattung wie komplexere Tiere. Für die Wissenschaft ist das extrem spannend, denn das Genom bietet einen einzigartigen Blick in die Frühzeit des Lebens - und den Übergang vom Einzeller zum mehrzelligen Organismus.

Allein Embryonen und Larven lieferten ausreichend reine DNA, die für die Genomanalysen geeignet waren. Erwachsene Tiere sind häufig stark mit Bakterien besiedelt, was eine Sequenzierung ungleich schwerer macht. Nach der Isolierung bereiteten die Forscher die DNA so auf, dass nur noch Sequenzabschnitte übrig blieben, die tatsächlich die Baupläne für die Proteine tragen. Deren Struktur verglichen sie dann mit der von anderen Tieren, darunter Würmer, Taufliegen und Mäuse.

Die Ähnlichkeit zwischen dem Schwamm-Genom und dem komplexerer Tiere war unerwartet groß, schreiben die Wissenschaftler. Insgesamt fanden sie mehr als 18.000 einzelne Gene, aus denen das Erbgut aufgebaut ist. So sei etwa der gesamte genetische Basis-Werkzeugkasten bereits vorhanden: Die Schwämme besitzen Gene, um den Zellzyklus zu kontrollieren, das Zellwachstum zu steuern und den Tod von Zellen zu überwachen sowie Gene für die Spezialisierung von Keimzellen, das Anheften der Zellen aneinander und für die Verteidigung und das Erkennen von fremden Eiweißstrukturen.

All das deute darauf hin, dass der Übergang vom Ein- zum Mehrzeller die Entwicklung von Mechanismen erfordert habe, mit denen sich Zellteilung, -wachstum und -spezialisierung koordinieren ließen - und dass bereits der gemeinsame Vorfahr der Tiere über diese Mechanismen verfügte, sagen die Forscher. "Aus dem Erbgut der Schwämme können wir ablesen, was Mehrzeller brauchten, um solche zu werden", sagt Forscher Srivastava. Die Frage sei nun, welche Funktion die Gene hatten, bevor es Schwämme überhaupt gab.

Für den Menschen besonders interessant ist jedoch die Kehrseite dieser Entwicklung. Denn je komplexer der Organismus und damit auch seine Kontrollmechanismen wurden, desto fehleranfälliger wurden sie. Eine der Folgen davon ist die Entwicklung von Krebs, laut den Forschern eine "Krankheit der gestörten Mehrzelligkeit", bei der einige Zellen unkontrolliert wachsen.

Ein besseres Wissen um die Prozesse, die die Mehrzelligkeit ermöglichten, könnte daher auch neue Erkenntnisse über Krebs und damit neue Angriffspunkte für dessen Behandlung liefern, hoffen die Wissenschaftler.

cib/ddp

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