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Warum nichtcodierende DNA kein genetischer Schrott ist

Alles andere als nutzlos: Forschungsteam unter Beteiligung der JLU entdeckt den Einfluss besonderer DNA-Elemente auf die Biologie und die Evolution des Bilharziose-Erregers

Nr. 132 • 13. Oktober 2021

Ein großer Teil der Genome von Tieren und Pflanzen besteht aus nichtcodierender DNA. Lange hielt man diese DNA-Bereiche für nutzlos, doch auch wenn sie nicht zur Bildung von Proteinen führen, haben sie vielfältige Funktionen. Ungewöhnliche Eigenschaften einer speziellen Gruppe von nichtcodierenden DNA-Elementen hat ein Team um Prof. Dr. Christoph Grevelding vom Institut für Parasitologie der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität Montpellier und der Universität Leipzig nun entdeckt. Ihre von der Fachzeitschrift „Genome Biology and Evolution“ als „Highlight“ veröffentlichte Studie bietet einen detaillierten Einblick in eine Superfamilie sich wiederholender DNA-Sequenzen, die als W-Elemente im Genom des Parasiten Schistosoma mansoni bekannt sind. Demnach sind die W-Elemente weit davon entfernt, genetischer Schrott zu sein. Möglicherweise üben sie verschiedene Einflüsse auf die Biologie sowie die Evolution der Schistosomen aus.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden erste Hinweise, dass die von den W-Elementen codierten RNAs als RNA-Moleküle regulatorische Funktionen auf Genfunktionen ausüben können, obwohl sie nicht für Proteine codieren. Zudem besitzen diese W-Elemente die Fähigkeit, ihre Position im Genom zu verändern. Sie springen quasi von einem Chromosom auf ein anderes. „Diese Kombination von Eigenschaften führt zu Umbauten des Genoms, die – wie wir bereits früher gezeigt hatten –, in sehr kurzer Zeit im Genom des Parasiten Schistosoma mansoni auftreten können, z.B. von einer Generation zur nächsten“, erklärt Prof. Grevelding. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vermuten aufgrund ihrer Ergebnisse, dass die W-Elemente eine Rolle für die Biologie dieses Parasiten, für seine Variabilität, aber auch für seine Evolution spielen. Letzteres geht auf die Erkenntnis zurück, dass sich einige W-Elemente in nahe verwandten Schistosomen-Spezies fundamental unterscheiden, wofür das Forschungsteam ebenfalls Belege gefunden hat.

Die Erzeugung von Variabilität – und damit die Möglichkeit einer schnellen Anpassung an neue Umgebungen –, ist eine charakteristische Eigenschaft von Parasiten und anderen Pathogenen. „Unsere Forschung hat uns erste Erkenntnisse zu der Frage gebracht, über welche Mechanismen Schistosomen Variabilität erzeugen können. Dies könnte vielleicht auch Einflüsse auf die Entwicklung der Familie der Schistosomatidae gehabt haben und weiterhin haben, die in der Evolution sehr erfolgreich ist“, so Prof. Grevelding. „Letzteres zeigt sich u.a. dadurch, dass Schistosomen ein hohes zoonotische Potenzial besitzen, also verschiedene Tierarten und den Menschen gleichermaßen infizieren können.“

Parasitäre Plattwürmer wie Schistosoma mansoni haben einen komplexen Lebenszyklus, der eine ungeschlechtliche Fortpflanzungsphase in einem Zwischenwirt – einer Süßwasserschnecke – und eine geschlechtliche Fortpflanzungsphase in menschlichen oder tierischen Wirten umfasst. Im beiden Fällen verursachen diese Parasiten die Bilharziose (auch: Schistosomiasis), eine vernachlässigte Tropenkrankheit mit hoher Morbidität und Mortalität weltweit.

  • Publikation

Maria Stitz, Cristian Chaparro, Zhigang Lu, V Janett Olzog, Christina E Weinberg, Jochen Blom, Alexander Goesmann, Christoph Grunau, Christoph G Grevelding, Satellite-Like W-Elements: Repetitive, Transcribed, and Putative Mobile Genetic Factors with Potential Roles for Biology and Evolution of Schistosoma mansoni. Genome Biology and Evolution, Volume 13(10), October 2021, evab204, DOI: 10.1093/gbe/evab204

  • Weitere Informationen

Highlight — “Junk DNA” No More: Repetitive Elements as Vital Sources of Flatworm Variation

  • Kontakt


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