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Nanopartikel lassen Fadenwurm alt aussehen

(13.02.2014) Frisst der Fadenwurm Caenorhabditis elegans Nanopartikel aus Siliciumdioxid, gelangen diese bis in die Zellkerne seiner Darmzellen. Das fanden Forscherinnen des Leibnitz-Instituts für umweltmedizinische Forschung heraus. Zugleich beobachteten sie Eiweißablagerungen und Anzeichen frühzeitiger Alterung. Nun muss geklärt werden, ob und wie diese Proteinklumpen in die Organfunktionen eingreifen.

Der Wurm als Modell
Der Fadenwurm Caenorhabditis elegans wird etwa einen Millimeter lang, hat ein einfaches Nervensystem aus 302 Nervenzellen, das mit dem des Menschen vergleichbar ist und lebt zwei bis drei Wochen. Seit Jahrzehnten ist er daher als Modellorganismus in Forschungslaboren zu Hause. Die Forscherinnen der Arbeitsgruppe „Umweltnoxen und Zellkern“, die sich am Leibnitz-Institut für umweltmedizinische Forschung mit Fragen von umweltinduzierten Alterungsprozessen beschäftigen, nutzen den Fadenwurm, um die möglichen Wirkungen von Nanopartikeln zu untersuchen. Sie mischten den Tieren verschiedene Nanopartikel ins Futter, die mit einem fluoreszierenden Stoff markiert waren, um ihre Wege zu untersuchen.

Der Fadenwurm C. elegans nach Aufnahme von Siliciumdioxid-Nanopartikeln (rot). Foto: Dr. Andrea Scharf, AG Umweltnoxen und Zellkern am Leibnitz-Institut für umweltmedizinische Forschung


Nano-Siliciumdioxid verursacht Proteinverklumpungen
Bei ihren Experimenten stellten die Forscherinnen unter Leitung der Biologin Prof. Anna von Mikecz fest, dass Nanopartikel aus Siliciumdioxid bis in einzelne Zellen der Darmwand gelangten und sich dort auch im Zellkern wiederfanden. Dort verursachten sie das Zusammenlagern von Eiweißen zu so genannten amyloiden Proteinverklumpungen. Das unterschied Nano-Siliciumdioxid von anderen untersuchten Nanopartikeln: Weder nanoskaliges Silber noch Nano-Polystyrol hatten diesen Effekt.

Würmer zeigen Alterserscheinungen
Weil Proteinverklumpungen wie diese für alte Würmer typisch sind, untersuchten die Forscherinnen die Tiere auf weitere Anzeichen für frühzeitige Alterung. Dazu beobachteten sie unter anderem die Nahrungsaufnahme, die sich bei Caenorhabditis elegans normalerweise im Laufe des Lebens stetig verlangsamt und wurden fündig: Nanopartikel aus Siliciumdioxid reicherten sich in dem Organ, mit dem der Fadenwurm seine Nahrung aufnimmt an. Wie bei alten Würmern pumpte das Organ die Nahrung daraufhin langsamer weiter in den Darm des Tieres. Ein solcher „Alterungs-Effekt“ zeigte sich auch in den Fortpflanzungsorganen der Würmer und ihrem Fortpflanzungsverhalten. Die Biologinnen vermuten, dass die Nanopartikel Einfluss auf das Zusammenspiel von Nerven und Muskeln nehmen. Sie werden nun im nächsten Schritt untersuchen, ob und wie die Proteinverklumpungen die Organe vorzeitig altern lassen.


Die Studie wurde 2013 veröffentlicht:
Scharf A, Piechulek A, von Mikecz A: The effect of nanoparticles on the biochemical and behavioral aging phenotype of the nematode Caenorhabditis elegans. ACS Nano 7(12):10695-10703, 2013.

Mehr Informationen zur Arbeitsgruppe finden Sie hier:
http://www.iuf-duesseldorf.de/ag-von-mikecz.html

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