Forschung am Modellorganismus 23.01.2014, 11:32 Uhr

Nanopartikel lassen Fadenwürmer vorzeitig altern

Mischt man Fadenwürmern Nanopartikel aus Siliziumdioxid ins Futter, altern sie schneller. Das hat ein Forscherteam aus Düsseldorf herausgefunden. Interessant ist diese Erkenntnis für Entwicklungsbiologen, denn das Nervensystem des Fadenwurms Caenorhabditis elegans ähnelt in Grundzügen dem des Menschen. 

Seit den 1960er Jahren ist der kleine Fadenwurm Caenorhabditis elegans enorm populär geworden. Entwicklungsbiologen hatten entdeckt, dass das nur ein Millimeter große Geschöpf, das normalerweise im Boden lebt, sich in der Zell- und Entwicklungsbiologie hervorragend als Modellorganismus eignet.

Das durchsichtige Tierchen, das sich von Bakterien ernährt, ist einfach im Labor zu halten und lässt sich für die Dauer seiner knapp dreiwöchigen Lebensspanne beobachten. Das Erbgut des aus weniger als tausend Zellen bestehenden Organismus haben Forscher mittlerweile komplett entschlüsselt. Weil viele der Wurmgene auch beim Menschen vorkommen, ist Caenorhabditis elegans für die Forschung zum beliebten Beobachtungsobjekt geworden.

Würmer essen Nanopartikel aus Siliziumdioxid und altern

Auch die Nanotechnologie setzt den Wurm in den letzten Jahren verstärkt ein. Vor einigen Jahren sorgten Wissenschaftler für Aufmerksamkeit, als sie magnetische Nanopartikel in die Zellmembrane des Fadenwurms einschleusten. Durch das Anschalten des Magnetfeldes lösten sie Nervensignale und Bewegungen in Richtung des Magnetfeldes aus.

Forscherinnen des Leibniz Instituts für umweltmedizinische Forschung an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf haben nun ebenfalls eine interessante Entdeckung gemacht und kürzlich in der Fachzeitschrift ASC Nano publiziert. Den drei Wissenschaftlerinnen Professor Anna von Mikecz, Andrea Scharf und Annette Piechulek ist es gelungen, markierte Nanopartikel bis in einzelne Zellen des Fadenwurms zu verfolgen und mit vorzeitiger Alterung in Verbindung zu bringen.

Im Labor mischten die Biologinnen den Würmern Fluoreszenz-markierte Nanopartikel unter das Futter. Mit Lasermikroskopen konnten sie den Weg der Nanopartikel im lebenden Fadenwurm verfolgen. Die Nanomaterialien aus Siliziumdioxid gelangten bis in einzelne Zellen des Darmgewebes der Fadenwürmer, wo sie sich in der gesamten Zellstruktur und im Zellkern verteilten. Dort lösten die Nanopartikel Eiweißverklumpungen aus, die man sonst typischerweise in alten Würmern findet.

Frühzeitige Alterung betrifft Organ für Nahrungsaufnahme

Nun wollten die Forscherinnen wissen, ob die Würmer, die mit Siliziumdioxid Nanopartikeln gefüttert wurden, auch andere Anzeichen für frühzeitige Alterung zeigten. Dazu beobachteten sie die Nahrungsaufnahme, die sich bei alternden Caenorhabditis elegans im Laufe der Lebenszeit stetig verlangsamt. 

Tatsächlich konnten sie nachweisen, dass sich Nanopartikel aus Siliziumdioxid nicht nur im Organ für die Nahrungsaufnahme anreichern, sondern dass dieses Organ dann genau wie bei alten Würmern die Nahrung langsamer in den Darm pumpt. Damit lösen die Nanopartikel vorzeitig ein Verhalten aus, das man normalerweise bei alten Fadenwürmern beobachtet. Eine derartige vorgezogene Alterung zeigte sich auch in den Fortpflanzungsorganen und beim Fortpflanzungsverhalten der Würmer.

Als nächstes soll nun untersucht werden, ob die Proteinklumpen in den Zellen daran beteiligt sind, die vorzeitige Alterung der Organfunktionen auszulösen. Die Forscherinnen vermuten, dass vor allem Vorgänge in Nerven und Muskeln betroffen sein könnten. Da der Fadenwurm ein einfaches Nervensystem aus 302 Zellen besitzt, das in seinen Grundzügen dem des Menschen stark ähnelt, ist es aussichtsreich, hier die molekularen Ursachen der Wirkung von Nanopartikeln weiter aufzuklären.

Von Gudrun von Schoenebeck

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