Bärtierchen vs. Naturgewalten
Wächter der Gene
Bärtierchen, auch Tardigrada genannt, sind mikroskopisch kleine Gliedertiere, die eindrucksvoll demonstrieren, wie Leben extreme Bedingungen überstehen kann. Sie kommen weltweit vor, in gemäßigten Klimazonen ebenso wie in polaren Regionen und Tiefseegräben. Sie ernähren sich von Algen, Bakterien und anderen Mikroorganismen. Trotz ihrer geringen Größe spielen sie nicht nur eine zentrale Rolle in den Ökosystemen, sondern haben sich auch als bedeutender Modellorganismus in der wissenschaftlichen Forschung etabliert.
Die besondere Widerstandsfähigkeit der Tardigrada macht sie zu einem faszinierenden Forschungsobjekt für Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen, die sich mit Stressresistenz, DNA-Reparaturmechanismen und Langzeitüberleben beschäftigen. Die Untersuchung dieser winzigen Tiere liefert Erkenntnisse, die weit über die Biologie hinausgehen und Anwendungen in Medizin, Biotechnologie, Konservierung und sogar Weltraumforschung eröffnen. Ihre Fähigkeit, unter extremen Umweltbedingungen zu überleben, gibt wertvolle Einblicke in fundamentale biologische Prozesse, die für die Stabilität und Langlebigkeit von Zellen entscheidend sind.
Wer sind diese Winzlinge?
Die meisten Bärtierchen sind zwischen 100 und 500 Mikrometer groß, nur einige der über 1300 bekannten Arten erreichen bis zu 1,5 Millimeter Länge. Mit ihren acht kurzen Beinen und dem gedrungenen Körper wirken sie unter dem Mikroskop fast ein bisschen plump. Sie haben sich an viele Lebensräume angepasst, von sanft temperierten Moospolstern bis hin zu extremen Umgebungen wie Gletschereis. Da sie ausgesprochen austrocknungsresistent sind, findet man sie sogar in Wüstengebieten, allerdings inaktiv, denn alle Bärtierchen benötigen einen dünnen Wasserfilm, um aktiv zu sein.
Trotz ihrer geringen Größe sind Tardigrada hochkomplexe Organismen. Ihr Körperbau ist auf die Überlebensfähigkeit unter schwierigen Bedingungen optimiert: Sie verfügen über spezielle Zellen und Strukturen, die es ihnen ermöglichen, Wasserhaushalt, Zellstruktur und Stoffwechselprozesse auch in widrigsten Umgebungen zu regulieren.
Kryptobiose: Anpassung an extreme Bedingungen
Eine der faszinierendsten Eigenschaften der Bärtierchen ist ihre Fähigkeit, in einen Zustand namens Kryptobiose zu wechseln. Dabei wird das Wasser im Körper durch kryoprotektive Substanzen wie beispielsweise den Zucker Trehalose ersetzt und die Stoffwechselaktivität nahezu vollständig eingestellt. In diesem Zustand können Bärtierchen extreme Bedingungen überstehen, die für die meisten Lebewesen tödlich wären: Austrocknung, extreme Hitze oder Kälte, chemische Belastungen und sogar kurzzeitiges Vakuum. Sobald sie wieder von flüssigem Wasser umgeben werden, können Tardigrada nach Monaten, Jahren oder sogar Jahrzehnten in Kryptobiose wieder vollständig aktiv werden.
Bärtierchen in der Forschung
Forschende nutzen Tardigrada als Modellorganismus, um fundamentale Mechanismen der Stressresistenz, der DNA-Reparatur und der Proteinstabilisierung zu untersuchen, die für das Langzeitüberleben von Zellen entscheidend sind.
Eine wichtige Rolle beim Schutz vor Strahlenschäden und der Toleranz gegenüber oxidativem Stress spielt das DNA-assoziierte Protein Dsup (Damage Suppressor), das nur bei Bärtierchen vorkommt. Tardigraden können 1000-mal mehr radioaktive Strahlung aushalten als andere Tiere. Dsup bindet in den Zellkernen an die Nukleosomen und unterdrückt hier das Auftreten von DNA-Brüchen durch Strahlung. Als in einem Laborexperiment menschliche HEK293-Zellen gentechnisch so verändert wurden, dass sie Dsup-Protein exprimierten, zeigten sie eine um etwa 40 % höhere Toleranz gegenüber Röntgenstrahlung. Nach der Applikation von Wasserstoffperoxid aktivieren solche Dsup+-Zellen die Entgiftungssysteme und die antioxidativen Enzyme und beseitigen somit oxidative freie Radikale und den oxidativen Stress, während Reparaturmechanismen beschädigte Proteine und Zellstrukturen wiederherstellen.
Die gewonnenen Forschungserkenntnisse fließen ein in konkrete Anwendungen: In der Biotechnologie helfen sie dabei, empfindliche Zellkulturen zu stabilisieren und den sicheren Transport von Impfstoffen oder biologischen Proben zu ermöglichen. In der Medizin dienen sie als Inspiration für Strategien zur Verbesserung der Resistenz von Geweben und Organen gegen oxidativen Stress oder Strahlung. Auch in der Konservierung biologischer Proben oder der Langzeitlagerung von Museumspräparaten, sind die Mechanismen der Bärtierchen von entscheidender Bedeutung.
Ihre Fähigkeit, extremen Strahlungsbedingungen zu widerstehen, macht sie außerdem zu einem spannenden Modell für zukünftige Weltraummissionen und für die Entwicklung von Schutzstrategien für Astronauten und Austronautinnen. Ihre Kryptobiose, also die Fähigkeit, lange Zeit in einem Schlafmodus zu überdauern, könnte Ansätze dafür liefern, Menschen für medizinische oder raumfahrttechnische Anwendungen in einen solchen Dormanzzustand zu versetzen. Auf diese Weise verbinden sie Grundlagenforschung mit praktischen Anwendungen und zeigen, wie Einblicke aus der Natur direkt in innovative wissenschaftliche Konzepte umgesetzt werden können.
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Quellen:
https://www.wissen.de/baertierchen-die-unzerstoerbaren-winzlinge
http://wissenschaft.de/erde-umwelt/baertierchen-geben-gen-geheimnisse-preis/