Deutsche Forscher haben das Genom eines 46.000 Jahre alten Fadenwurms aus dem sibirischen Permafrost analysiert und die Existenz einer neuen Art aus dem Pleistozän aufgedeckt, die mit dem Fadenwurm „Caenorhabditis elegans“ eine Reihe molekularer Überlebenswerkzeuge teilt veröffentlicht in der Zeitschrift „PLoS Genetics“. Einige Organismen, wie Bärtierchen, Rädertierchen und Nematoden, Sie können raue Bedingungen überleben, indem sie in einen Ruhezustand übergehen, der als „Kryptobiose“ bekannt ist.„. Im Jahr 2018 entdeckten Forscher des Instituts für physikalisch-chemische und biologische Probleme der Bodenkunde RAS in Russland zwei Arten von Spulwürmern (Nematoden) im sibirischen Permafrost.

Die Radiokarbondatierung zeigt, dass einzelne Nematoden seit dem Ende des Pleistozäns vor etwa 46.000 Jahren in der Kryptobiose verblieben. Jetzt nutzen Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden, des Dresdner Zentrums für Systembiologie (CSBD) und des Zoologischen Instituts der Universität zu Köln, alle in Deutschland, die Genomsequenzierung . , Zusammenbau und phylogenetische Analyse und fanden heraus, dass Permafrost-Nematoden Es gehört zu einer bisher unbeschriebenen Art, „Panagrolaimus kolymaensis“.

Sie zeigten, dass die biochemischen Mechanismen, die „Panagrolaimus kolymaensis“ verwendet, um Austrocknung und Gefrieren unter Laborbedingungen zu überleben, den Stadien im Lebenszyklus des wichtigen biologischen Modells „Caenorhabditis elegans“ ähneln. Als Anastasia Shatilovich vom Institut für physikalisch-chemische und biologische Probleme der Bodenkunde RAS Russlands fanden zwei gefrorene Nematoden-Individuen aus versteinerten Höhlen in den Schlickablagerungen des sibirischen Eisschildes waren er und seine Kollegen besonders aufgeregt.

Nachdem die Würmer im Labor aufgetaut wurden, ergab die Radiokarbonanalyse des Pflanzenmaterials aus dem Bau, dass diese gefrorenen Ablagerungen 40 Meter unter der Oberflächeist seit dem Ende des Pleistozäns vor 45.839 bis 47.769 Jahren nicht mehr geschmolzen. Gleichzeitig beantwortete die Forschungsgruppe von Teymuras Kurzchalia am MPI-CBG (Teymuras Kurzchalia ist inzwischen im Ruhestand) die Frage, wie das Larvenstadium des Fadenwurms „Caenorhabditis elegans“ unter extremen Bedingungen überlebt. Als das Team von Permafrost-Nematoden erfuhr, kontaktierte es sofort Anastasia Shatilovich zur Zusammenarbeit.

Vamshidhar Gade, ein Doktorand in der Forschungsgruppe von Teymuras Kurzchalia, begann mit der Arbeit mit Permafrost-Nematoden. „Die molekularen und metabolischen Wege sind nicht vollständig geklärt was diese kryptobiotischen Organismen nutzen oder wie lange sie das Leben stoppen können“, sagte Vamshidhar, der jetzt an der ETH in Zürich, Schweiz, arbeitet. Forscher in Dresden führten in Zusammenarbeit mit Eugene Myers, emeritierter Direktor und Leiter der Forschungsgruppe am MPI-CBG, dem DRESDEN Concept Genome Center, und der Forschungsgruppe von Michael Hiller, Leiter, eine hochwertige Genomassemblierung eines der Permafrostnematoden durch damaliger Leiter der Forschungsgruppe am MPI-CBG und heute Professor für Vergleichende Genomik am LOEWE-TBG und der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung.

Trotz DNA-Barcode-Sequenzen und mikroskopischer Fotos ist es schwierig festzustellen, ob es sich bei dem Permafrostwurm um eine neue Art handelt oder nicht. Philipp Schiffer, Forschungsgruppenleiter am Institut für Zoologie, Co-Direktor des neuen Cologne Biodiversity Genomics Center (BioC2) an der Universität zu Köln und Experte für Biodiversitätsgenomikforschung, gesellte sich zu den Dresdner Forschern mit seinem Team die Art zu bestimmen und ihr Genom zu analysieren. Dank phylogenomischer Analysen konnten er und sein Team den Spulwurm als neue Art identifizieren und das Team entschied, ihn „Panagrolaimus kolymaensis“ zu nennen. In Anerkennung der Region des Kolyma-Flusses, aus der er stammt, erhielt der Fadenwurm den lateinischen Namen Kolymaensis.

Durch den Vergleich des Genoms von „Panagrolaimus kolymaensis“ mit dem Modellnematoden „Caenorhabditis elegans“ identifizierten die Kölner Forscher Gene, die beide Arten gemeinsam haben und an der Kryptobiose beteiligt sind. Zu ihrer Überraschung waren die meisten Gene, die für den Eintritt in die Kryptobiose in Dauerlarven von Caenorhabditis elegans erforderlich sind, auch in Panagrolaimus kolymaensis vorhanden. Als nächstes kommt das Forschungsteam Bewertung der Überlebensfähigkeit von „Panagrolaimus kolymaensis“ und fanden heraus, dass eine leichte Dehydrierung vor dem Einfrieren den Würmern dabei half, sich auf die Kryptobiose vorzubereiten und ihr Überleben bei -80 Grad Celsius steigerte.

Auf biochemischer Ebene produzieren beide Arten einen Zucker namens Trehalose, wenn sie im Labor einer leichten Dehydrierung ausgesetzt werden. Dadurch können sie Erfrierungen und starker Austrocknung widerstehen. Auch die Larven von „Caenorhabditis elegans“ profitierten von dieser Behandlung und überlebten 480 Tage bei -80 Grad Celsius, ohne dass es nach dem Auftauen zu einer Verringerung der Überlebensrate oder Fortpflanzung kam. Laut Vamshidhar Gade und Temo Kurzhchalia „zeigen die Ergebnisse dieses Experiments auch, dass Caenorhabditis elegans in Suspension länger überleben kann als bisher dokumentiert.“