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24.07.2020 News

Die Gene hinter den Superkräften der Fledermäuse

Myotis myotis (Großes Mausohr) © Olivier Farcy

Fledermäuse können fliegen und sich mit Hilfe von Echoortung mühelos in völliger Dunkelheit orientieren; sie überleben tödliche Krankheiten und sind erstaunlich widerstandsfähig gegenüber dem Altern und Krebs. Forschende haben nun erstmals das Erbgut von Fledermäusen nahezu vollständig entschlüsselt, das für die einzigartige Anpassung und die Superkräfte dieser Tiere verantwortlich ist.

Bat1K (Bat1K.com) ist ein weltweites Konsortium von Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen, das sich der Sequenzierung des Erbguts jeder einzelnen der 1421 lebenden Fledermausarten widmet. Nun haben diese Wissenschaftler sechs hochpräzise Fledermausgenome erstellt und analysiert. Diese sind zehnmal vollständiger als alle bisher veröffentlichten Fledermausgenome. Damit bilden sie die Grundlage, um die einzigartigen Eigenschaften von Fledermäusen zu erforschen.

„Wir können nun besser verstehen, wie Fledermäuse Viren tolerieren, das Altern verlangsamen und Flug und Echoortung entwickelt haben. Mit diesem Wissen über die genetischen Eigenschaften der Fledermäuse lassen sich möglicherweise künftig Alterungsprozesse und Krankheiten des Menschen lindern”, sagt Emma Teeling, Hauptautorin vom University College Dublin und Mitbegründerin von Bat1K.

Die Forschenden haben Fledermausgenome mit Hilfe neuester Technologien des DRESDEN-concept Genome Center (DcGC) entschlüsselt. Das DcGC ist eine gemeinschaftlich genutzte hochmoderne Technologieplattform, die von Experten der TU Dresden und ihrem Center for Molecular and Cellular Bioengineering (CMCB) sowie des Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) und des Zentrums für Systembiologie Dresden (CSBD) betrieben wird. Das Team konnte die DNA der Fledermaus sequenzieren und neue Methoden entwickeln, um dann die einzelnen Teile in der richtigen Reihenfolge zusammenzusetzen und die vorhandenen Gene zu bestimmen.

„Mit den modernsten DNA-Sequenzierungstechnologien und neuen Computermethoden für derartige Daten haben wir 96 bis 99 Prozent jedes Fledermausgenoms auf Chromosomenebene rekonstruiert und das in einer noch nie dagewesenen Qualität. Diese ist beispielsweise mit der aktuellen Qualität des menschlichen Genoms vergleichbar - das Ergebnis von mehr als einem Jahrzehnt intensiver Bemühungen. Daher bieten diese Fledermausgenome eine hervorragende Grundlage für Experimente und evolutionäre Studien der faszinierenden Fähigkeiten und physiologischen Eigenschaften dieser Tiere“, so Eugene Myers, Hauptautor und Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik und am Zentrum für Systembiologie, Dresden, Deutschland.

Das Team hat diese Fledermausgenome mit 42 anderen Säugetieren verglichen, um die noch strittige Frage zu beantworten, wo Fledermäuse im Stammbaum der Säugetiere angesiedelt sind. Mit Hilfe neuartiger Methoden und mit umfassenden molekularen Datensätzen fand das Team heraus, dass Fledermäuse am engsten mit einer Gruppe namens Ferungulata verwandt sind. Dazu zählen Fleischfresser (zum Beispiel Hunde, Katzen und Robben), Schuppentiere, Wale und Huftiere (Hufsäuger).

Um die genomischen Veränderungen aufzuspüren, die zu den einzigartigen Anpassungen von Fledermäusen geführt haben, hat das Team systematisch nach genetischen Unterschieden zwischen Fledermäusen und anderen Säugetieren gesucht. Dabei fanden die Forscher Regionen im Genom, die sich bei Fledermäusen anders entwickelt haben. So gingen Gene im Laufe der Evolution verloren oder es kamen neue hinzu, die die einzigartigen Eigenschaften von Fledermäusen beeinflusst haben könnten.

„Unsere Genom-weiten Suchen haben Veränderungen in den Genen des Gehörs gefunden. Diese Änderungen könnten zur Echoortung beitragen. Darüber hinaus haben wir Duplikationen von antiviralen Genen, Änderungen in Genen des Immunsystems und den Verlust von Genen entdeckt, die Entzündungen fördern. Diese Veränderungen könnten zu der außergewöhnlichen Immunität von Fledermäusen und zu deren Toleranz gegenüber Coronaviren beitragen”, erklärt Michael Hiller, Hauptautor und Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden, am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, und am Zentrum für Systembiologie Dresden.

Kontakt:

Dr. Andreas Dahl, Head Genome Center
andreas.dahl@tu-dresden.de