3D-Genom extrahiert aus einem „gefriergetrockneten“ Wollhaarmammut

Vor etwa 52.000 Jahren war die Haut eines sibirischen Wollhaarmammuts so kalten Bedingungen ausgesetzt, dass sie spontan gefriertrocknete und ihre DNA-Fragmente an Ort und Stelle festhielten.

In einer am Donnerstag in der Zeitschrift veröffentlichten Studie ZelleWissenschaftler berichteten, dass sie mithilfe der bemerkenswerten Probe das Genom des Tieres in drei Dimensionen rekonstruierten, ein Fortschritt, der wichtige neue Erkenntnisse über ausgestorbene Arten liefern und sogar die Bemühungen, sie wieder zum Leben zu erwecken, vorantreiben könnte.

Bisher wurden alte DNA-Proben nur in kurzen, durcheinandergebrachten Fragmenten entdeckt, was die Menge an Informationen, die Forscher extrahieren können, erheblich einschränkt.

„Wir zeigen jetzt, dass zumindest unter bestimmten Umständen nicht nur diese DNA-Fragmente überleben, sondern dass sie auf eine Weise überleben, die die ursprüngliche Anordnung bewahrt“, sagt Olga Dudchenko, Co-Studienautorin und Genetikerin am Baylor College of Medicine.

Das Verständnis der 3D-Architektur des Genoms eines Organismus – des vollständigen Satzes seiner DNA – ist wichtig, um aktive Gene in bestimmten Geweben zu identifizieren und herauszufinden, warum Gehirnzellen denken, Herzzellen schlagen und Immunzellen Krankheiten bekämpfen.

Lange wurde angenommen, dass solche Informationen aufgrund des schnellen Zerfalls sehr kleiner Teilchen unweigerlich in der Geschichte verloren gehen würden.

Doch vor etwa zehn Jahren machte sich ein internationales Wissenschaftlerteam daran, eine antike Probe zu finden, in der die 3D-Organisation der DNA intakt blieb, um sie mithilfe einer neuen Analysetechnik vollständig rekonstruieren zu können.

Ihre Suche führte sie zu einem außergewöhnlich gut erhaltenen Exemplar eines Wollmammuts, das 2018 im Nordosten Sibiriens exhumiert wurde.

Es ist unklar, ob der struppige Dickhäuter – ein Weibchen mit einem markanten Vokuhila-Haarschnitt – auf natürlichem Wege starb oder von Menschen getötet wurde. Laut Dudchenko scheint es jedoch, dass frühe Menschen es gehäutet haben, sodass das Gewebe um Kopf, Hals und das linke Ohr intakt blieb.

Getrocknetes Wollmammutfleisch

Das Team geht davon aus, dass die Haut abkühlte und dehydrierte und in einen glasartigen Zustand überging, der ihre Moleküle an Ort und Stelle festhielt und die Form ihrer Chromosomen bzw. der fadenförmigen Strukturen, die die Haar-DNA zusammenhalten, beibehielt.

Tatsächlich hatten sie ein Stück gefriergetrocknetes Wollmammut-Trockenfleisch entdeckt.

Um die Widerstandsfähigkeit des Trockenfleischs zu testen, unterzogen sie Stücke von im Labor hergestelltem und im Laden gekauftem Trockenfleisch vom Rind einer Reihe von Tests, bei denen die Art von Schäden simuliert wurde, die antike Proben über Jahrtausende hinweg erleiden könnten.

„Wir haben mit einer Schrotflinte geschossen. Wir haben ihn mit einem Auto überfahren. „Ein ehemaliger Startspieler der Houston Astros warf ihm einen Fastball“, sagte Cynthia Perez Estrada, Co-Autorin und Forscherin der Studie am Baylor College of Medicine und der Rice University.

Das getrocknete Fleisch zersplitterte in kleine Stücke, manchmal so heftig wie Fensterglas. „Aber im Nanomaßstab waren die Chromosomen intakt und unverändert“, sagte Perez Estrada in einer Erklärung.

Eine wichtige Entdeckung ihrer Forschung war die Feststellung, dass Mammuts 28 Chromosomenpaare hatten. Diese Entdeckung stimmt mit den 28 Chromosomenpaaren überein, die bei Elefanten gefunden wurden, den nächsten lebenden Verwandten von Mammuts, „aber vor dieser Studie wusste niemand wirklich, was ihn erwarten würde“, sagte Dudchenko.

„Fossile Chromosomen“

Die Analyse des Teams identifizierte auch mehrere „Kandidaten“-Gene, die dafür verantwortlich sein könnten, was Wollhaarmammuts wollig macht, darunter ein Gen, das für lange, dicke Wimpern verantwortlich ist, und ein weiteres, das mit spärlichen Schweißdrüsen in Zusammenhang steht.

Erez Lieberman Aiden vom Baylor College of Medicine, Co-Leiter des Teams, sagte gegenüber AFP, dass das Ziel der Forscher zwar nicht darin bestehe, die Mammuts zurückzubringen, die gesammelten Informationen jedoch für solche Bemühungen genutzt werden könnten.

Ein japanisches Team untersucht das Klonen von Wollhaarmammuts, während eine Gruppe in den Vereinigten Staaten versucht, genetisch „mammutisierte“ Elefanten zu erschaffen.

In der Haut „befinden sich 96 Prozent der Gene grundsätzlich im gleichen aktiven Zustand wie bei einem Elefanten“, sagte Aiden, was bedeutet, dass Wissenschaftler, die an der Ausrottung arbeiten, sich nun auf die verbleibenden vier bis hundert konzentrieren könnten.

Das Team hofft nun, dass die Vorteile ihrer Studie weit über ihre spezielle Probe hinausgehen und ein neues Kapitel in der Paläogenetik aufschlagen werden, wenn weitere „fossile Chromosomen“ entdeckt werden können.

Der arktische Permafrost bleibt ein vielversprechender Ort für Studien, und es ist laut Dudchenko auch möglich, dass die Mumifizierung antiker Zivilisationen in wärmeren Klimazonen auch genomische Strukturen bewahren könnte.

© 2024 AFP