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Anhängliche Plattwürmer Wurmkleber für die Medizin?

| Redakteur: Christian Lüttmann

Dieser Plattwurm klebt und löst sich von Oberflächen im Meerwasser als hätte er Saugnäpfe: Macrostomum lignano nutzt aber tatsächlich einen Bioklebstoff, den er nach Belieben wieder lösen kann. Nun sind Forscher der Universität Innsbruck diesem Kleber auf der Spur, denn er würde sich ideal für medizinische Zwecke eignen.

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Forscher der Uni Innsbruck konnten erstmals den Klebemechanismus in den Klebeorganen des nur 1,3 Millimeter großen Plattwurms Macrostomum lignano entschlüsseln.
Forscher der Uni Innsbruck konnten erstmals den Klebemechanismus in den Klebeorganen des nur 1,3 Millimeter großen Plattwurms Macrostomum lignano entschlüsseln.
(Bild: Uni Innsbruck)

Innsbruck, Österreich – Mitte der 1990er Jahre entdeckten Forscher an der Adria kleine Würmer im Sand, gerade mal 1,3 Millimeter groß – per Zufall, so erinnert sich Peter Ladurner vom Institut für Zoologie, der mit an der Entdeckung beteiligt war. Wie sich herausstellte, handelte es sich um eine bislang unbekannte Art, die 2005 von den Forschern den Namen Macrostomum lignano erhielt.

Dem Klebetrick von Plattwürmern auf der Spur

Dieser Plattwurm kann sich wie viele andere Plattwürmer am Meeresboden festkleben. Ladurner widmet sich speziell den Klebefähigkeiten von Macrostomum lignano, mit dem Ziel einen biomimetischen Klebstoff zu entwickeln. Von seinen Vorteilen ist der Zoologe überzeugt: Denn Klebstoffe von Plattwürmern, Muscheln, Manteltieren etc. haften sehr gut, sind ungiftig, nicht karzinogen, gewebekompatibel und heizen sich nicht auf. Außerdem kleben sie auch im Salzwasser, das der menschlichen Körperflüssigkeit ähnelt. Ideal also für einen Einsatz in der Medizin.

Erstmals konnten Forscher der Uni Innsbruck aus Ladurners Team in einem Modell den Klebemechanismus des Macrostomum lignano beschreiben. An der 0,1 Millimeter großen Schwanzplatte haben sie 130 Klebeorgane identifiziert, die jeweils aus drei Zellen bestehen: eine modifizierte Hautzelle sowie eine Klebe- und eine Loslöszelle, die beide Vesikel mit Kleberflüssigkeit bzw. Lösemittel enthalten. „Aufgrund der geringen Größe ist es nicht möglich, den Kleber zu sammeln und seine Proteine zu analysieren, deshalb wählten wir einen molekularbiologischen Ansatz“, sagt Ladurner.

Ebenfalls in Ladurners Team involviert waren Julia Wunderer, die mittlerweile in den Niederlanden arbeitet, Birgit Lengerer, die im Rahmen eines Schrödinger-Programms des FWF derzeit an der Universität Mons in Belgien tätig ist und Robert Pjeta, PhD Student am Institut für Zoologie.

Die Suche nach dem Klebe-Gen

Als erster Schritt sequenzierten die Wissenschaftler alle Gene des Wurms, dann nur jene des vorderen Teils. Diese subtrahierten sie von der Gesamtsumme, sodass etwas mehr als 300 Gene übrig blieben, die nur am Hinterende vorkommen. „Dann suchten wir die Zellen, in denen diese Gene eingeschaltet sind“, erläutert Ladurner den nächsten Schritt.

Das Video zeigt den Plattwurm in Aktion und gibt Hintergrundinformationen zu der Forschungsarbeit von Ladurner und seinem Team:

Es zeigte sich, dass 26 Gene in den Klebeorganen aktiv sind. Nach zwei Jahren Forschungsarbeit konnte die Zahl auf zwei Gene reduziert werden, die in den Klebeorganen die Proteine Mlig-ap1 und 2 kodieren. Unklar ist noch, welcher Teil des 15.000 Aminosäuren umfassenden Proteins wirklich für das Kleben zuständig ist. „Die Idee wäre, diese Teile des Proteins herauszunehmen, zu vermehren und auf einen Träger aufzubringen“, beschreibt Ladurner den Weg zu einem möglichen biomimetischen Kleber.

Weitere Wurmarten auf der Forschungsliste

Die Proteine Mlig-ap1 und 2 hat der Zoologe noch in keinem anderen Plattwurm gefunden, daher will er in einem aktuellen FWF-Projekt mit den entwickelten Methoden den Kleber von 20 Plattwurm-Arten identifizieren – von Exemplaren, die im Meer heftiger Brandung ausgesetzt sind, über Plattwürmer, die im Süßwasser vorkommen, bis hin zu einer Art, die sich parasitär auf Fischoberflächen festklebt.

Der kleine Bewohner der Gezeitenzone überrascht mit weiteren interessanten Eigenschaften – wird er etwa zerschnipselt, wächst das Hinterende in kurzer Zeit wieder nach. In den vergangenen Jahren hat Ladurner mit seinem Team vom Institut für Zoologie in mehreren Projekten zahlreiche Methoden entwickelt, um moderne Untersuchungen an dem Plattwurm durchführen zu können. Über die EU-Cost-Action-Plattform zur Erforschung der Bioadhäsion kam es auch zur Zusammenarbeit mit ausländischen Kollegen. Thomas Ederth von der schwedischen Linköpings Universitet etwa half, die Oberflächen, auf denen der Klebstoff haftet bzw. nicht haftet, zu bestimmen. In der Zwischenzeit hat sich Macrostomum lignano als Modellorganismus etabliert, mit dem international an Themen wie Stammzellen, Alterungsprozessen, Regeneration und Evolution geforscht wird.

Originalpublikation: Julia Wunderer, Birgit Lengerer, Robert Pjeta, Philip Bertemes, Leopold Kremser, Herbert Lindner, Thomas Ederth, Michael W. Hess, David Stock, Willi Salvenmoser, and Peter Ladurner: A mechanism for temporary bioadhesion. PNAS published ahead of print February 19, 2019; DOI: 10.1073/pnas.1814230116

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