Wenn es Bärtierchen zu kalt wird, können sie als leblose Tönnchen jahrelang überleben. Die dabei ablaufenden Prozesse sind für die Gefriertrocknung von Zellen, beispielsweise in Biobanken, von großem Interesse.                                                                                  (Fotos: Schill)

Tardigraden, besser bekannt als Bärtierchen, sind in der Lage, bei tiefsten Minusgraden jahrelang zu überleben und stecken kurzfristig auch starke Hitze weg. In ihrer Erbsubstanz lassen sich Vorgänge entschlüsseln, die eine Stabilisierung von Zellen unter extremen Bedingungen ermöglichen. Unwirtliche Bedingungen wie lange Trockenperioden überdauern die hartgesottenen Winzlinge in einem tönnchenförmigen Ruhestadium. Dieser leblose Zustand ohne nachweisbare Stoffwechselaktivität wird als Cryptobiose bezeichnet. „Bärtierchen trocknen oder frieren ein und leben hinterher ohne Schaden wieder weiter. Sie sind damit ein ideales und bisher unbearbeitetes Modellsystem“, erklärt Projektkoordinator Ralph O. Schill vom Biologischen Institut der Universität Stuttgart.

  Im Gegensatz zu früheren punktuellen Untersuchungen ermöglicht das Verbundprojekt erstmals eine ganzheitliche Analyse der Prozesse, die es Bärtierchen ermöglichen, in einem solchen „ausgetrockneten“ Zustand zu überleben. Dabei sollen zum einen Gene, Enzyme und deren Metabolite identifiziert werden, die den Tardigraden das Eintrocknen und Überleben ermöglichen. Weiter werden bekannte zelluläre Prozesse auf ihre Beteiligung während der Phasen untersucht und mathematische Modelle entwickelt, um die Mechanismen und die Dynamik der Cryptobiose zu quantifizieren.

Für Biobanken, Impfstoffe und Spenderorgane interessant

Für die Konservierung von Zellen, wie sie beispielsweise in Biobanken sowie bei der Lagerung von Impfstoffen oder Blutkonserven erforderlich ist, eröffnen die Forschungsarbeiten neue Perspektiven. „Das Trocknen oder Gefrieren von Zellen führt meist zu einer massiven Schädigung der Zellmembranen und -proteine. Dies führt zum Absterben der Zelle und letztendlich zum Tod des Organismus“, so Ralph Schill. „Dagegen besitzen Bärtierchen die bemerkenswerte Fähigkeit, ein vollständiges Austrocknen oder Gefrieren zu überleben. Wenn wir diese Prozesse kennen, lassen sich neue Methoden entwickeln, um Makromoleküle, Zellen und ganze Organismen zu konservieren“, erklärt Schill.

Auf längere Sicht erhoffen sich die Wissenschaftler beispielsweise Stoffe, die es ermöglichen, Gewebeproben bei einer Operation oder Spenderorgane zu stabilisieren. Dadurch ließe sich unter anderem die Zeitspanne zwischen Organentnahme und Transplantation verlängern. Die Aufklärung von Mechanismen der Cryptobiose kann auch unmittelbar einen Beitrag zur Verbesserung der Gefrierkonservierung leisten. Darüber hinaus können auch neue Anwendungsgebiete im Bereich der Gefriertrocknung erschlossen werden.

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