picture modified from Goldstein Lab via flickr

Wer letztens Zeitung gelesen hat, konnte es kaum verpassen: die Süddeutsche Zeitung hat darüber geschrieben, aber auch die Zeit, der Standard, die Welt, tagesschau.de und sogar die Bild Zeitung: auf dem Mond soll es nun Leben geben! Die Fragen: seit wann? woher? und welcher Art? sind dabei leicht zu beantworten: seit April 2019, von der Erde und es handelt sich um Bärtierchen, auch Wasserbären oder Tardigraden genannt. Ich erinnere mich noch gut an mein Biologiestudium: Bärtierchen waren damals ein highlight! Seit meiner Spezialisierung auf molekulare Medizin, Entwicklungsbiologie und Genetik hatte ich dann aber leider nichts mehr mit diesen niedlichen mikroskopisch kleinen Kreaturen zu tun. Deshalb hab‘ ich mich umso mehr gefreut, innerhalb der letzten paar Jahre vermehrt Artikel zu Bärtierchen zu finden. Dabei war vor allem ihre unglaubliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Strahlung von Interesse. Und diese Superkraft wird Bärtierchen vor allem durch das dieswöchige Gen Dsup, damage suppressor protein, verliehen. Achtung: das dsup Gen sollte dabei nicht mit dem sup Gen verwechselt werden. Denn sup codiert das SUPERMAN Protein der Acker-Schmalwand, arabidopsis thaliana, dem wohl wichtigsten pflanzlichen Modellorganismus (aber dazu vielleicht irgendwann einmal mehr in einem anderen Artikel).

 

Bärtierchen, die geborenen Astronauten

Bärtierchen sind winzig. Mit freiem Auge sind sie nicht zu erkennen. Dabei kann man sie fast überall antreffen; zumindest überall wo Wasser nicht weit weg ist. Solltet ihr also irgendwo Zugang zu einem Mikroskop haben, möchte ich euch folgendes ans Herz legen: holt euch im Wald ein Stückchen Moos und legt es Zuhause in ein bisschen Wasser (nicht zu viel um eure potentielle Bärtierchen-Lösung nicht zu sehr zu verdünnen). Nach ein paar Stunden durchsucht ihr das Wasser im Mikroskop. Die Chancen stehen nicht schlecht, dass ihr dabei Bärtierchen finden werdet. Unterm Lichtmikroskop sehen die dann ungefähr so aus:

Video von https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/Mikrofoto.de-baertierchen.ogv

unter CC BY-SA 3.0 DE verwendet. Mit bestem Dank an Frank Fox (http://www.mikro-foto.de).

Wenn es aber gerade mal kein Wasser gibt, dann können Bärtierchen sehr lange Zeiträume in einem außergewöhnlich ausgetrockneten Zustand überdauern. Dieser „kryptobiotische“ Zustand, bei dem der Stoffwechsel der Tiere nahezu null ist, fasziniert Forscher schon seit Langen und löst mitunter sogar Diskussionen zur Definition von Leben und Tod aus. Darüber hinaus können Bärtierchen aber auch extreme Mengen an ionisierender Strahlung aushalten. Ionisierende Strahlung ist so energiereich, dass sie in der Lage ist Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu stoßen; dadurch ist sie gefährlich für das Erbgut jedes Lebewesens. Für die radioaktive Gamma-Strahlung beispielsweise gilt, dass etwa 5 Gray einer letalen Dosis bei der Hälfte aller exponierten Menschen entspricht. Experimente haben gezeigt, dass dieser Wert bei Bärtierchen 1000 Mal höher, bei etwa 5000 Gray liegt. Die Kombination aus diesen beiden Fähigkeiten machen Bärtierchen zu den idealen Kandidaten für den Job eines Astronauten und zwar ohne(!) Raumanzug. Tatsächlich haben schwedische und deutsche Wissenschaftler im Rahmen der FOTON-M3 Mission zeigen können, dass einige der mitgeschickten Bärtierchen relativ unbeeindruckt vom Mangel an Sauerstoff und der hohen Strahlenbelastung aus dem Orbit zurück gekehrt waren und sich „wiederbeleben“ ließen. Schon in dem damaligen, 2008 erschienenen Artikel wurde spekuliert dass dem vermutlich besondere Konfigurationen der DNA oder außergewöhnliche DNA-Reparaturmechanismen zugrunde liegen.

 

Die besondere genetische Ausstattung von Bärtierchen

Um das Genom der Bärtierchen gab es einen wissenschaftlichen Disput: zuerst veröffentlichten amerikanische Forscher eine Variante des Genoms die suggerierte dass Bärtierchen einen extrem hohen Prozentsatz ihrer Gene über horizontalen Gentransfer von Bakterien übernommen hätten. Dann legte ein Japanischer Forscher den Schluss nahe, dass dieser Wert einfach nur zustande kam, weil die Bärtierchen-DNA der amerikanischen Forscher womöglich mit Bakterien kontaminiert war. Ein britisches Forscherteam fand jedenfalls keine Hinweise auf überdurchschnittlich viel horizontalen Gentransfer im Bärtierchen-Genom.

Ohne sich intensiver mit diesem Streit auseinanderzusetzen suchten japanische Wissenschaftler im Genom der Bärtierchen nach Genen, die irgendwie neu aussahen, d.h. von denen nicht schon ähnliche Varianten in anderen Tieren gefunden wurden. Sie stießen dabei auf ein Protein, welches sowohl in Bärtierchenzellen, als auch in menschlichen Zellen, sofern man es dort einbrachte, direkt an der DNA zu finden war. Die menschlichen Zellen in die man dieses Protein hinein steckte waren danach erheblich resistenter gegen Gamma-Strahlung; daher bekam das Gen auch seinen Namen: damage suppressor (dsup).

Gamma-Strahlung erzeugt Doppelstrangbrüche in der DNA. Man kennt bereits etliche genetische Faktoren, die an der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen beteiligt sind (siehe zb BRCA) und daher auch Faktoren, die die Toleranz gegenüber dieser Art der DNA-Schädigung beeinflussen. Bei Dsup verhält es sich aber anders: man entdeckte auch unmittelbar nach der Bestrahlung sehr viel weniger DNA-Doppelstrangbrüche in den Zellen mit dem Dsup Protein aus der Bärtierchen-DNA, als in Kontrollzellen. Die Zeit, die man den Zellen gelassen hatte war also viel zu kurz, wodurch fest steht: Dsup ist nicht an der Reparatur solcher DNA-Schäden beteiligt, es schützt(!) die DNA direkt davor. Da die Struktur von Dsup eben so einzigartig ist, dass man es nicht mit bereits gut erforschten Proteinen vergleichen kann, haben Forscher immer noch keine Ahnung wie Dsup in der Lage ist diese erstaunliche Leistung zu vollbringen.

Picture taken from Hashimoto, T. and Kunieda, T. (2017). DNA Protection Protein, a Novel Mechanism of Radiation Tolerance: Lessons from Tardigrades. Life 7. doi:10.3390/life7020026 under CC BY 4.0. Many thanks.

Und wieso sind Bärtierchen jetzt auf dem Mond?

Nunja, im Februar 2019 ist erneut eine unbemannte Sonde zum Mond gestartet, diesmal handelte es sich um ein israelisches Projekt. „Beresheet“ hatte eine Art digitaler Zeitkapsel mit jeder Menge Dokumentationsmaterial der menschlichen Geschichte und Kultur dabei, unter anderem die gesamte englischsprachige wikipedia, die Torah und Zeugnisse eines Holocaust Überlebenden. Am 11 April ging allerdings die Landung von Beresheet schief und die Raumkapsel landete nicht, sondern stürtzte auf den Mond. Erst im Nachhinein wurde bekannt, dass wohl in letzter Minute auch ein paar Bärtierchen zwischen all die digitalen Datenträger gesteckt wurden. Seither spekuliert also die Menschheit ob diese Bärtierchen nun den Absturz überlebt haben könnten und der Mond daher nun eine „Lebensform“ beherbergen könnte. Da Bärtierchen allerdings ohne Wasser und Sauerstoff in den eingangs beschriebenen todähnlichen Dauerzustand übergehen, sollte man sich ihren Aufenthalt dort jedenfalls nicht allzu lebhaft vorstellen.