Zitteraal Stromschlag kann zur genetischen Modifikation bei Tieren führen

In Laborversuchen beinhaltet die Elektroporation die Anwendung eines elektrischen Feldes auf Zellen, um die Permeabilität ihrer Zellmembran zu erhöhen, was die Einführung von fremder DNA ermöglicht. Dies ist die Technik, die zur Herstellung von Knockout-Mäusen verwendet wird, die in Forschungsexperimenten sowie bei der Tumorbehandlung und gen- und zellbasierten Therapien eingesetzt werden.

Elektroporation in der natürlichen Umgebung

Eine neue Studie von Forschern der Nagoya University in Japan legt nahe, dass der elektrische Knochenfisch dazu in der Lage ist, Elektroporation in seiner natürlichen Umgebung zu verursachen.

"Ich dachte, dass Elektroporation in der Natur stattfinden könnte", sagte Atsuo Iida, der korrespondierende Autor der Studie. "Mir wurde klar, dass elektrische Knochenfische im Amazonas als Stromquelle fungieren könnten, Organismen in der Umgebung als Empfängerzellen fungieren könnten und freigesetzte DNA-Fragmente in das Wasser zu fremden Genen werden würden und aufgrund von elektrischen Entladungen genetische Rekombinationen in den umliegenden Organismen verursachen könnten."

Die Auswirkungen des Stromschlags auf Zebrafischlarven

Elektrische Knochenfische sind in der Tat eine Stromquelle. Als das Lebewesen mit der größten Spannung auf der Erde können sie bei einer ihrer elektrischen Organentladungen (EOD) bis zu 860 V abgeben. Die Forscher setzten einen Knochenfisch in ein Süßwasserbecken mit sechs Tage alten Zebrafischlarven. DNA, die das grün fluoreszierende Protein (GFP) trägt, wurde dem Wasser des Beckens zugesetzt.

Als ein betäubter Goldfisch als Beute in das Becken gesenkt wurde, gab der Knochenfisch eine EOD ab und verschlang den Goldfisch. Nach der EOD-Exposition untersuchten die Forscher die Zebrafischlarven unter einem Stereomikroskop und konzentrierten sich auf Gruppen von Zellen, die unter UV-Licht eine intensive grüne Fluoreszenz aufwiesen. Insgesamt wiesen 5,3 % der Larven GFP-positive Zellen auf.

Hereditäre Transgenese und ihre Auswirkungen

"Dies deutet darauf hin, dass die Entladung des elektrischen Knochenfisches den Gentransfer in die Zellen gefördert hat, obwohl Knochenfische im Vergleich zu den üblicherweise in der Elektroporation verwendeten Maschinen unterschiedliche Impulsformen und instabile Spannungen aufweisen", sagte Iida. "Elektrische Knochenfische und andere Strom erzeugende Organismen könnten genetische Modifikationen in der Natur beeinflussen."

Die Forscher weisen darauf hin, dass ihre Studie nur Belege für die Umwelt-Gentransduktion liefert und nicht bestätigt, ob das übertragene Gen als vererbbarer Faktor im Nachwuchs fungiert. Obwohl sie versuchten, die vererbbare Transgenese unter Verwendung einzelliger Organismen, einschließlich E. coli, zu validieren, erzielten sie keine positiven Ergebnisse, vermutlich weil die Spannung, die vom Knochenfisch erzeugt wurde, bei etwa 200 bis 250 V lag, was möglicherweise für die Elektroporation unzureichend war. Für E. coli verwendet die maschinenbasierte Elektroporation üblicherweise Entladungen von mehr als 1 kV. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Vererbung der durch elektrische Entladung vermittelten Transgenese in natürlichen Lebensräumen zu erforschen.

Die Forscher waren verständlicherweise begeistert von ihren Entdeckungen.

"Ich glaube, dass der Versuch, neue biologische Phänomene auf der Grundlage solcher 'unerwarteter' und 'außerhalb der gängigen Denkmuster' Ideen zu entdecken, die Welt über die Komplexität lebender Organismen aufklären und in Zukunft zu Durchbrüchen führen wird", sagte Iida.


Quelle:
Sakaki S, Ito R, Abe H, Kinoshita M, Hondo E, Iida A. 2023. Electric organ discharge from electric eel facilitates DNA transformation into teleost larvae in laboratory conditions. PeerJ 11:e16596 https://doi.org/10.7717/peerj.16596