2018-02-07

Linda Moulton Howe: Grösstes Genom, das jemals sequenziert wurde: 32 Milliarden Basenpaare! - 06.02.2018


Grösstes Genom, das jemals sequenziert wurde: 32 Milliarden Basenpaare!

von Linda Moulton Howe / übersetzt und angereichert von maxliebe-das-ganze.blogspot.de

"Wir sind genauso aufgeregt wie die Menschen, die das menschliche Genom erstmals entschlüsselt haben."

- Elly Tanaka, Ph.D., Sr. Wissenschaftlerin, Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie, Wien


6. Februar 2018 - Albuquerque, New Mexico 

Wie eine Wunderkreatur ist der Axolotl-Amphibiensalamander aus Mexiko berühmt dafür, dass er auf seinen niedlichen Armen und Beinen "wandert" und diese Anhängsel nachwachsen lassen kann, wenn sie abgeschnitten werden, einschließlich Knochen, Muskeln und Nerven. 

Wenn der Axolotl verwundet ist, kann er ohne Narbe heilen. Diese erstaunliche Kreatur kann sogar ihre eigenen beschädigten inneren Organe regenerieren. Und wenn etwas sein Rückenmark zerschmettert, kann der Axolotl sein Rückenmark wieder voll funktionsfähig machen.

Die meisten Salamander sind in der Lage, Körperstrukturen zu einem gewissen Grad zu regenerieren. Aber der Axolotl ist einzigartig, weil er nicht nur Gliedmaßen, sondern auch Kiefer, Rückenmark und mehr regenerieren kann. Nachdem sich diese Körperteile regeneriert haben, gibt es keine Anzeichen von Narbenbildung.

Diese bemerkenswerten Auferstehungsfähigkeiten haben Wissenschaftler dazu gebracht, sich zu fragen, wie ihr genetischer Code aussieht. Und zum ersten Mal verwendeten Wissenschaftler zwei Gensequenzierungstechniken, um ihre Genergebnisse zu analysieren und zu überprüfen. 

Axolotls können sogar transplantierte Organe von anderen Individuen erhalten und ohne Abstossung akzeptieren. Sie sind tausendmal resistenter gegen Krebs als Säugetiere.


Kann die Wissenschaft genug über die genetische Ausstattung der Axolotls lernen, um ihre Regenerations- fähigkeiten auf die Humanmedizin anzuwenden?



Deshalb ist diese neue Arbeit, die in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature (siehe Webseiten unten) veröffentlicht wurde, ein Durchbruch für die Genomgenauigkeit einer so langen Sequenz von Basenpaaren - 32 Milliarden! 

Das bedeutet, dass der Axolotl-Salamander das größte jemals sequenzierte Genom aufweist, das zehnmal so groß wie das menschliche Genom ist. 

Der Axolotl ist auch eines der wenigen Tiere, die Neotenie aufweisen, das heißt, es behält seine jugendlichen Eigenschaften, wie die äußeren Kiemen, die dem Tier sein süßes Aussehen verleiht.

Die Senior Autorin, Elly M. Tanaka, Senior Scientist am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie in Wien, Österreich. Dr. Tanaka ist aufgeregt und sagt: 

"Das Abenteuer fängt gerade erst an. Die Komplettierung des Genoms wird eine Fülle von Möglichkeiten eröffnen, um zu untersuchen, wie sich Organismen regenerieren. Wir sind genauso aufgeregt wie die Menschen, als sie das menschliche Genom erstmals entschlüsselten."

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HIER DIE PRESSEMITTEILUNG DES IMP:

Gigantisches Genom des Axolotl entschlüsselt

Ein Team von Wissenschaftlern aus Wien, Dresden und Heidelberg hat die gesamte Erbinformation des mexikanischen Salamanders Axolotl entschlüsselt. Das AxolotlGenom ist das bisher größte Genom, das jemals sequenziert wurde. Es stellt eine wichtige Grundlage dar, um das Zusammenspiel der Moleküle zu verstehen, die das Nachwachsen von Gliedmaßen und die Regeneration von Geweben steuern. Die Zeitschrift NATURE veröffentlicht die Studie in ihrer aktuellen Ausgabe.

Salamander sind von jeher wichtige biologische Modelle für Entwicklungs-, Regenerations- und Evolutionsstudien. Vor allem der mexikanische Axolotl Ambystoma mexicanum hat aufgrund seiner erstaunlichen Regenerationsfähigkeit von Körperteilen eine besondere Bedeutung. Verliert das kannibalistisch veranlagte Tier ein Körperteil, wächst innerhalb weniger Wochen ein perfekter Ersatz mit Knochen, Muskeln und Nerven an den richtigen Stellen nach. 

Auch durchtrenntes Rückenmark und verletztes Netzhautgewebe kann der Axolotl wiederherstellen. Diese Eigenschaften und die relativ einfache Zucht machen ihn seit bereits 150 Jahren zu einem beliebten Modellorganismus in der Biologie.


Evolution der Regeneration erforschen 

Eine der größten Axolotl-Kolonien wird im Labor von Elly Tanaka am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien betreut. Die Tanaka-Gruppe, die bis 2016 am DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien der TU Dresden und am MaxPlanck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden aktiv war, erforscht die molekularen Mechanismen, die der Regeneration von Gliedmaßen und Rückenmark zugrunde liegen, sowie deren Evolution. 

Im Lauf der Jahre hat das Forschungsteam einen umfangreichen Satz an molekularen Werkzeugen entwickelt, darunter umfassende Transkriptom-Daten, mit denen die Protein-kodierenden Sequenzen im Genom des Axolotl aufgespürt werden können. 

Mit diesen Werkzeugen konnten Elly Tanaka und ihre Kollegen unter anderem die Zellen identifizieren, welche die Regeneration in Gang setzen, sowie die Moleküle, die diesen Prozess steuern. Um Regeneration vollständig zu verstehen und herauszufinden, warum sie bei den meisten Arten nur sehr eingeschränkt funktioniert, müssen Wissenschaftler das Genom (also die gesamte DNA Sequenz) kennen, um die Regulation und Evolution von Genen zu erforschen. Bisher konnte man das Axolotl-Genom aufgrund seiner gigantischen Größe nicht komplett entschlüsseln: Mit 32 Milliarden Basenpaaren ist es mehr als zehnmal so groß wie das menschliche Genom. Die Entschlüsselung des Axolotl-Genoms mit Hilfe bisheriger Techniken wurde durch die beträchtliche Anzahl langer, sich wiederholender Sequenzen weiter erschwert. 

Die Sequenzierung des größten Genoms als Herausforderung Einem internationalen Forscherteam um Elly Tanaka (IMP), Michael Hiller und Gene Myers (beide MPI-CBG) sowie Siegfried Schloissnig vom Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) ist es nun gelungen, das Axolotl-Genom zu sequenzieren, zusammenzusetzen, zu annotieren und zu analysieren. 

Damit haben sie das bisher größte Genom entschlüsselt. 

Mit der PacBio-Methode, einer neuen Sequenziertechnologie, die längere Stücke des Genoms auslesen kann, wurden über 72 Millionen solcher Genomstücke am DRESDEN Concept Genome Center von MPI-CBG und TU Dresden sequenziert. Längere Sequenzstücke sind wichtig, da diese die sich wiederholenden Teile im Genom überspannen können und damit eine eindeutige Zuordnung erlauben. Mit einem Software-System, das gemeinsam von Gene Myers und Siegfried Schloissnig mit seinem Heidelberger Team entwickelt wurde, konnte das Genom wie bei einem Puzzle aus Millionen dieser Stücke zusammengesetzt werden. Die leistungsstarken Sequenziermaschinen, die dieses Projekt ermöglicht haben, wurden von der Klaus Tschira Stiftung und der Max-PlanckGesellschaft finanziert. Die Analyse des nun vorliegenden Genoms offenbarte Merkmale, die auf die Einzigartigkeit des Axolotls hinweisen: Die Forscher fanden 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", erklärt Sergej Nowoshilow, Co-Autor der Studie und Postdoktorand am IMP. 

"Dies ist ein echter Meilenstein für die Axolotlforschung und für ein Forschungsabenteuer, das vor mehr als 150 Jahren begann." 

Die Sequenz des Axolotl-Genoms, die jetzt veröffentlicht wurde, ist eine wichtige Grundlage für Forscher weltweit, um die Regeneration von Geweben zu erforschen. 

* * * Veröffentlichung The axolotl genome and the evolution of key tissue formation regulators. Sergej Nowoshilow, Siegfried Schloissnig, Ji-Feng Fei, Andreas Dahl, Andy W.C. Pang, Martin Pippel, Sylke Winkler, Alex R. Hastie, George Young, Juliana G. Roscito, Francisco Falcon, Dunja Knapp, Sean Powell, Alfredo Cruz, Han Cao, Bianca Habermann, Michael Hiller, Elly M. Tanaka, and Eugene W. Myers. Nature. doi: 10.1038/nature25458 Illustration 

Eine Abbildung zur Presseaussendung kann über die IMP-Website bezogen werden und in Zusammenhang mit dieser Meldung unentgeltlich abgedruckt werden. https://www.imp.ac.at/news/ 
Bildlegende: Der Mexikanische Axolotl Ambystoma mexicanum (Copyright: IMP) 

Über das IMP am Vienna BioCenter 

Das Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie betreibt in Wien biomedizinische Grundlagenforschung. Hauptsponsor ist der internationale Unternehmensverband Boehringer Ingelheim. Mehr als 200 Forscherinnen und Forscher aus 40 Nationen widmen sich am IMP der Aufklärung grundlegender molekularer und zellulärer Vorgänge, um komplexe biologische Phänomene im Detail zu verstehen. Das IMP ist Gründungsmitglied des Vienna Biocenter, Österreichs Leuchtturm im internationalen Konzert molekularbiologischer Top-Forschung. www.imp.ac.at 

Über das MPI-CBG 

Das Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) ist eines von 83 Instituten der Max-Planck Gesellschaft, einer unabhängigen gemeinnnützigen Organisation in Deutschland. 500 Menschen aus 50 Ländern arbeiten am Max-PlanckInstitut für Molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) und lassen sich von ihrem Forscherdrang antreiben, um die Frage zu klären: Wie organisieren sich Zellen zu Geweben? Das Institut bringt Menschen aus den verschiedensten Disziplinen zusammen, was neue Einsichten und Erkenntnisse eröffnet. 

Über das HITS 

Das Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) wurde 2010 von dem Physiker und SAP-Mitgründer Klaus Tschira (1940-2015) und der Klaus Tschira Stiftung als private, gemeinnützige Forschungseinrichtung ins Leben gerufen. Mit 120 Forscherinnen und Forschern betreibt das HITS Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, der Mathematik und der Informatik. Dabei werden große, komplexe Datenmengen verarbeitet, strukturiert und analysiert und computergestützte Methoden und Software entwickelt. Die Forschungsfelder reichen von der Molekularbiologie bis zur Astrophysik. 


Video's:







Webseiten:
Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie: https://www.imp.ac.at
Nature, Aktuelle Ausgabe: https://www.nature.com/nature/current_issue.html
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