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07:00 22.06.2019
Geweihe könne bis zu zweieinhalb Zentimeter täglich wachsen. Quelle: Patrick Pleul/dpa
Xi’an

Wiederkäuer zählen zu den erfolgreichsten Tiergruppen weltweit. Sie sind in vielen Regionen bis hinauf in arktische Gebiete zuhause – und für den Menschen als Nutzvieh von immenser Bedeutung. Künftig könnten sie auch für die regenerative Medizin eine Hilfe sein: Geweihknochen etwa von Hirschen werden saisonal gebildet und später wieder abgeworfen. Sie sind das einzige Körperteil, das bei ausgewachsenen Säugetieren in kurzem Zeitraum vollständig ersetzt wird. Das macht Geweihknochen zu einem interessanten Studienobjekt für Fragen zur Regeneration von Geweben und Organen.

Den genetischen Grundlagen für die Entstehung und Ausbreitung sowie die Besonderheiten von Wiederkäuern sind Forscher beim sogenannten Ruminant Genome Project (RGP) auf der Spur, nun wurden im Fachmagazin „Science“ erste Ergebnisse vorgestellt. Forscher um Wen Wang von der Northwestern Polytechnical University (NPU) in Xi’an und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Kunming widmeten sich darin etwa mit ihren Genanalysen den Hörnern und Geweihen von Wiederkäuern. Diese Gewebe könnten Ansätze für die regenerative Medizin und Krebstherapien liefern, hoffen sie.

Wie wachsen Geweihe so schnell?

Geweihe könne bis zu zweieinhalb Zentimeter täglich wachsen, binnen weniger Monate werden bis zu 30 Kilogramm Gewebe gebildet. Noch stehe die Wissenschaft ganz am Anfang, die molekularen Grundlagen dieses beeindruckenden Wachstums zu verstehen.

Lesen Sie hier:
Wie der Klimawandel den Speiseplan von Rentieren verändert

Die geordnete Zellvermehrung passiere dabei schneller als beim unkontrollierten Wuchern von Tumorgewebe, schreiben die Forscher. Nichtsdestotrotz sind in das saisonale Geweihwachstum Stoffwechselwege involviert, die auch bei der Entstehung von Krebs eine Rolle spielen, schreiben die Wissenschaftler.

So würden große Mengen bestimmter Tumorsupressoren wie Promyelozytisches Leukämieprotein (PML) gebildet. Tumorsuppressoren sind Proteine, die den Zellzyklus kontrollieren. Zudem sorgen sie bei irreparablen DNA-Schäden für den Tod der betroffenen Zelle. Mangelt es an solchen Suppressoren oder sind diese fehlerhaft, steigt die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sich aus einer Zelle eine Tumorzelle entwickelt.

Hirsche erkranken seltener an Krebs

Die Bildung großer Mengen an Tumorsupressoren sei eine Erklärung für die vergleichsweise niedrigen Krebsraten bei Hirschen, so die Forscher. Möglicherweise biete die detaillierte Analyse der zugrundeliegenden Mechanismen Ansätze zur Regeneration von Knochen- und Nervengewebe sowie anderen Organen beim Menschen oder auch für die Eindämmung des Wachstums von Tumoren.

Die vorgestellten Genomdaten lieferten extrem wertvolle Grundlagen für die weitere Forschung in dem Bereich, betonen Dai Fei Elmer Ker von der Chinese University in Hongkong und Yunzhi Peter Yang von der Stanford University (Kalifornien, USA) in einem Kommentar zu den in „Science“ vorgestellten Ergebnissen. Bestätigten künftige Forschungsarbeiten die Funktion der identifizierten Gene, werde das wahrscheinlich weitreichende Auswirkungen haben.

Geweihe entstanden im Laufe der Evolution mehrmals

Über eine Analyse von Erbgutdaten schlossen die Forscher um Wen Wang zudem darauf, dass der Kopfschmuck der Wiederkäuer im Verlauf der Evolution wahrscheinlich nur einmal entstand. Später ging er in Teilgruppen – bei den Hirschferkeln und den Moschustieren – wieder verloren.

Wiederkäuer sind eine rund 200 Arten zählende, sehr vielfältige Gruppe, die fast alle Regionen der Erde erobert hat. Es gibt Arten, die weniger als zwei Kilogramm auf die Waage bringen, und solche, die mehr als 1200 Kilogramm wiegen. Auch bei der Lebensweise gibt es immense Unterschiede zwischen den Arten. Die Säugetiere teilen dabei eine Eigenschaft: Sie besitzen neben dem normalen Magen (Labmagen) noch drei Vormägen (Pansen, Netzmagen und Blättermagen). Der mehrteilige Magen ermöglicht es, durch mikrobielle Verdauung auch Kohlenhydrate wie Zellulose als Nahrung zu nutzen, die für viele andere Säugetiere unverdaulich sind.

Viele Wiederkäuer-Spezies sind bedroht

Zu den Wiederkäuern gehören neben Rindern, Schafen und Ziegen unter anderem auch Hirsche, Antilopen und Giraffen. Der Name „Wiederkäuer“ geht darauf zurück, dass vorverdauter Nahrungsbrei von den Tieren in Ruhephasen hochgewürgt und nochmals zerkaut wird, bevor sie erneut geschluckt und endgültig verdaut wird. Wiederkäuer besitzen beträchtliche Bedeutung für Landwirtschaft. Außer ihrer möglichen künftigen Bedeutung für die Biomedizin ist auch der Artenschutz ein wichtiger Aspekt für ihre Erforschung – viele Spezies der Gruppe sind bedroht.

Ein „Fenster in die Vergangenheit“ schufen Forscher um Lei Chen von der NPU in Xi’an mit ihrem Projekt. Sie entschlüsselten zusätzlich zu einigen bereits bekannten weitere 44 Genome von Wiederkäuer-Arten. Aus dem Vergleich des Erbguts der insgesamt 51 berücksichtigten Spezies errechneten sie einen Stammbaum der Wiederkäuer und schlossen zudem auf die Entwicklung im Pleistozän. Das ist der Abschnitt der Erdgeschichte, der vor etwa 2,6 Millionen Jahren begann und vor gut 11.000 Jahren endete.

Menschen beeinträchtigten schon früh viele Arten

Demnach schwanden viele Wiederkäuer-Bestände vor rund 100.000 bis 50.000 Jahren – parallel zur Ausbreitung des Menschen auf verschiedenen Kontinenten. Ein Zusammenhang zu Klimaveränderungen hingegen sei nicht erkennbar. Das weise darauf hin, dass die Menschen schon früh zumindest einige Arten massiv beeinträchtigten. Den gewonnenen Daten zufolge sei der Rückgang großer Säugetiere im späten Pleistozän deutlich stärker ausgefallen als bisher angenommen.

In einer dritten in „Science“ vorgestellten Studie untersuchten Forscher um Zeshan Lin von der NPU in Xi’an die molekularen Anpassungen des Rens (Rangifer tarandus) an arktische Bedingungen. Dazu zählen eisige Kälte und Nahrungsmangel im Winter sowie im Wechsel lange Phasen andauernder Helligkeit und Dunkelheit.

Von den Rentieren lernen

Das Ren ist die einzige Hirschart, bei der auch die Weibchen ein Geweih tragen, und es ist die einzige vollständig domestizierte Hirschart. Zu den Anpassungen der Tiere an arktische Extreme zählen den Erkenntnissen der Forscher zufolge ein spezieller Fettstoffwechsel und eine gering bis gar nicht ausgeprägte Innere Uhr ohne typischen 24-Stunden-Rhythmus. Zudem besäßen Rentiere einen sehr effizienten Vitamin-D-Stoffwechsel, der schnelles Geweihwachstum auch bei wenig Sonnenschein ermögliche.

Auch auf Basis dieser Ergebnisse erhoffen sich die Forscher Ableitungen für die menschliche Gesundheit, etwa zum Einfluss von Vitamin D auf den Stoffwechsel und zu im Jahresverlauf verschieden häufig auftretenden Störungen wie Schlaflosigkeit und Depression.

Von RND/dpa

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