Menschen können nicht einmal einen kleinen Finger nachwachsen lassen, Plattwürmer dagegen fast ihren gesamten Körper. Ihr Geheimnis: Unmengen von Stammzellen.
Roland Peter zückt sein Messer. Ohne zu zögern schneidet er einen Plattwurm mitten durch. Das ist zweifellos ein schwerer Eingriff, meint der Biologe. Was wie Tierquälerei aussieht, scheint das Tier aber nicht zu kümmern. Die einzelnen Teile krümmen sich kurz und gehen dann ihre eigenen Wege. Man mag kaum hinschauen: Peter, Professor an der Universität Salzburg, trennt einem zweiten Tier den Kopf ab und schneidet einem weiteren dreimal längs in den Kopf. „Lassen Sie sich überraschen, wozu diese außergewöhnlichen Lebewesen in der Lage sind. In ein paar Tagen werden wir uns die Versuchstiere noch einmal anschauen”, verspricht der Forscher.
Die Regenerationskraft der so genannten Planarien hat schon Generationen von Biologen in den Bann gezogen. Man kann einen solchen Plattwurm in 279 Teile hacken und erhält daraus 279 perfekte Klone. Es genügen 10 000 Zellen – in der Natur eine winzige Menge –, um wieder einen kompletten Wurm entstehen zu lassen.
Ihre immense regenerative Kraft verdanken die Planarien ihren Stammzellen. Sie besitzen ihr Leben lang im ganzen Körper verteilt große Mengen dieser Alleskönner. Es sind unausgereifte Zellen, die sich noch nicht für eine Aufgabe spezialisiert haben. Die anderen Körperzellen wurden Nerven-, Haut- oder Muskelzellen. Dagegen können die überall im Bindegewebe verstreuten Stammzellen noch jeden beliebigen Gewebetyp bilden. Sie sind unbegrenzt teilungsfähig und stellen einen unerschöpflichen Jungbrunnen für das Tier dar.
Diese Alleskönner unter den Zellen sind bei der von Roland Peter verwendeten Art Dugesia tahitiensis besonders zahlreich im Körper vertreten: 40 Prozent ihrer Zellen sind Stammzellen. Die exotischen Planarien stellen wahre Rekorde der Erneuerung auf. Wurde ein Körperteil abgetrennt, informieren die verbleibenden Zellen die Stammzellen sofort, wo genau der Schaden entstanden ist und welches Gewebe dort benötigt wird. Mithilfe dieser Signale stellen die Stammzellen alle fehlenden Körperzellen wieder her und rekonstruieren den gesamten Körper. Dugesia tahitiensis stammt aus dem pazifischen Raum und bildet einen kompletten Kopf innerhalb von zweieinhalb Tagen nach. Sie nutzt die Methode nicht nur zur Heilung, sondern auch zur asexuellen Fortpflanzung.
In Europa gibt es ebenfalls Planarien. Sie benötigen aber mehrere Wochen für die Regeneration. Trotzdem sind auch sie unter Aquarienfreunden wegen ihrer Fortpflanzungsfreude und ihrer Unverwüstlichkeit berüchtigt. Einmal mit Steinen oder Pflanzen versehentlich in ein Aquarium verschleppt, vermehren sie sich unaufhaltsam und sind nur schwer wieder loszuwerden.
Die Wissenschaftler erhoffen von den Plattwürmern grundlegende Erkenntnisse über Stammzellen, weil deren Alleskönnerzellen wahrscheinlich eine Vorstufe der höher entwickelten, so genannten Adulten Stammzellen der Säuger sind. Aber während Planarien für den ganzen Körper eine einzige Zellart benutzen, sind es beim Menschen mehrere. Erwachsene besitzen verschiedene Typen von Stammzellen im Gewebe. Am besten erforscht sind die Stammzellen des blutbildenden Systems. Mit ihnen existiert bereits seit 1971 eine Stammzelltherapie: die Knochenmarkspende gegen Blutkrebs. Trotz aller Forschung gibt es aber noch Probleme. Denn obwohl viele Wissenschaftler mit diesen Zellen arbeiten, ist es noch keinem gelungen, sie außerhalb des Knochenmarks in Kulturschalen zu vermehren. Bei den Plattwürmern sind die Forscher schon etwas weiter. Dr. Wolfgang Schürmann, einem Mitarbeiter von Peter, gelang es vor kurzem, mit einer vom ihm entwickelten Methode Planarien-Stammzellen im Reagenzglas zu züchten.
Damit sind die Forscher einen wichtigen Schritt vorangekommen, um zu enträtseln, was in den Zellen passiert, wenn sie sich zu neuen Zelltypen umwandeln. Allerdings überleben die Zellen auch in geschickten Händen bislang nur einige Wochen, denn noch kennen die Forscher nicht alle entscheidenden biochemischen Faktoren zum Wachsen.
Auch auf einem weiteren Gebiet verspricht sich Peter Erkenntnisse von den Würmern. Adulte Stammzellen, die im menschlichen Körper für die Regeneration zuständig sind, haben im Gegensatz zu denen der Planarien geringere Möglichkeiten. Sie haben bereits erste Schritte in Richtung Spezialisierung getan und können kaum noch auf einen völlig anderen „Beruf umlernen”. Die Salzburger Forscher wollen herausfinden, mit welchen Signalen Körperzellen und Stammzellen in den Plattwürmern kommunizieren und dadurch an der richtigen Stelle neue Organe bilden.
Molekularbiologie und Signalstoffforschung haben regenerierungsfähige Organismen wie Plattwürmer, Polypen und Molche in den letzten Jahren unter Forschern wieder populär gemacht. Bereits um 1900, in der Frühzeit der Regenerationsforschung, spielten sie eine große Rolle. Aber erst mithilfe der modernen molekularbiologischen Methoden ist es möglich geworden, die Signale zu identifizieren, die bei der Regeneration wichtig sind. So entdeckten Wissenschaftler bei Polypen die signalgebenden Moleküle, die festlegen, wo die Ober- und wo die Unterseite des Körpers sein soll. Diese Signale funktionieren auch in Embryonen von Amphibien. Nach Ansicht von Peter sind möglicherweise sogar die Unterschiede in der Regeneration zwischen den niederen Tieren und dem Menschen nicht so groß wie bisher angenommen.
Planarien sind im Vergleich zu Labormäusen oder anderen Modellorganismen der Forschung ziemlich pflegeleicht. Peter und seine Kollegen können die Würmer getrost für ein paar Tage im Schrank vergessen. In der freien Natur ernähren sich die Räuber und Aasfresser überwiegend von Flohkrebsen und Wasserasseln. Im Labor genügt es, ihnen ab und zu etwas Rinderleber aus der Metzgerei oder Fischfutter aus dem Zoogeschäft zu servieren.
Die durchscheinenden oder hell bis bräunlich gefärbten und meist zwischen 5 und 25 Millimeter langen Plattwürmer leben normalerweise in sauberen Bächen und sind leicht unter Steinen zu finden. Zwar sind sie tatsächlich platt, sehen aber einer kleinen flachen Nacktschnecke ähnlicher als einem Wurm. Biologisch gehören sie weder zu den Schnecken noch zu den Regenwürmern, sondern bilden eine eigene Gruppe.
Die in Europa verbreitete Art Dugesia gonocephala wird etwa so groß wie ein Fingernagel. Ihre Augen scheinen zu schielen und ihr Kopf hat markante Ausbuchtungen. Beim Vorwärtskriechen verändert sich die Form des Kopfes ständig. Mal ist er spitz, mal wird er stumpf.
Der Kopf des vorgeführten ersten Versuchstiers ist tatsächlich nach drei Tagen nachgewachsen, inklusive der Augen und eines neuen Gehirns. Aus dem Exemplar mit den Längsschnitten im Kopfbereich wurde gar ein mehrköpfiges Monster. Das Tier erinnert an das neunköpfige Fabelwesen Hydra aus der griechischen Mythologie. Jedes Mal, wenn Herakles der Wasserschlange einen Kopf abgeschlagen hatte, wuchsen zwei neue Köpfe nach.
Der göttliche Held besiegte die als unsterblich geltende Hydra schließlich doch: Er zog sie aus dem stinkenden Sumpf heraus, in dem sie lebte. Da verlor das Ungeheuer alle Kraft – ähnlich wie die Stammzellen außerhalb der Planarien. Auch diese Unsterblichen sind ohne ihr nährendes und signalgebendes Milieu verloren. ■
Karin Otzelberger
