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Kleines Moos wird professionell

Seit einigen Jahren ist das Kleine Blasenmützenmoos auf seinem Siegeszug durch die Labore – heute ist es für viele Forscher ein wichtiger Modellorganismus wie die Fruchtfliege oder die Ackerschmalwand. Allerdings fehlt noch etwas, um es vollständig in der Riege der „Profis“ zu etablieren. Wenn es um die Aufbewahrung und Dokumentation von Probenmaterial geht, kocht jede Arbeitsgruppe ihr eigenes Süppchen. Mit dem an der Universität Freiburg im Februar errichteten „International Moss Stock Center (IMSC)“ soll sich das ändern. Mithilfe einer speziell entwickelten Methode können die Forscher um Prof. Dr. Ralf Reski biologisches Material unendlich lange im Kälteschlaf halten und es bei Bedarf wieder aufwecken. Damit bekommt die Forschung am Kleinen Blasenmützenmoos endlich ein internationales Ressourcenzentrum – und erlebt eine notwendige Zentralisierung.

Moosmutanten wachsen auch in Petrischalen und werden – wie im Supermarkt - mit Barcodes identifiziert. © Prof. Dr. Ralf Reski

Forschung muss reproduzierbar sein – ein Experiment mit einem genetisch veränderten Organismus etwa, das eine Forschungsgruppe durchgeführt hat, muss von einer anderen jederzeit wiederholt werden können. „Aus diesem Grund fordern immer mehr Fachjournale, dass jede verwendete Mutante und jeder Ökotyp eine Referenznummer bekommt“, sagt Prof. Dr. Ralf Reski, Leiter der Abteilung Pflanzenbiotechnologie an der Universität Freiburg. „Eine biologische Probe soll in einer Biobank hinterlegt werden und jedem zugänglich sein.“ Reski forscht an dem Kleinen Blasenmützenmoos (Physcomitrella patens), einem unscheinbaren Pflänzchen, das in den letzten Jahren zu einem wichtigen Modellorganismus für molekularbiologische und genetische Fragestellungen geworden ist. Bisher lagerte jede Arbeitsgruppe ihre Proben im eigenen Kühlschrank. Wollte eine andere Gruppe ein veröffentlichtes Experiment wiederholen, musste sie sich an die Forscher persönlich wenden und darauf hoffen, dass die Proben nicht bereits ausgemistet wurden oder eingegangen sind. Mit dem „International Moss Stock Center (IMSC)“, das vom Freiburger Zentrum für biologische Signalstudien (BIOSS) mitfinanziert wurde, bekommt die internationale Physcomitrella-Gemeinschaft jetzt ein zentrales Ressourcenzentrum, das dieses Problem behebt.

Unendlich langer Kälteschlaf?

Ein sogenannter Kryokonservierungsbehälter mit angeschlossenem Stickstofftank für die automatische Versorgung mit flüssigem Stickstoff. Die Temperaturüberwachung des Systems findet über ein computerbasiertes Programm statt. © Prof. Dr. Ralf Reski

„Seit wir 2008 das Genom von Physcomitrella publiziert haben, arbeiten immer mehr Gruppen mit der Pflanze“, sagt Reski. Und auch Ingrid Heger, die die Proben in den Tanks im Keller des Instituts für Biologie II einlagert, merkt das steigende Interesse. „Wir bekommen inzwischen immer mehr Anfragen von Doktoranden und sogar Diplomanden“, sagt die Biologin. „Man merkt, wie die Leute anfangen, sich in die Methoden rund um das Kleine Blasenmützenmoos einzuarbeiten.“ Ein zentrales Aufbewahrungszentrum für biologische Proben hebt die Arbeit mit dem Moos nun auf eine „professionelle“ Ebene. Voraussetzung für ein solches Zentrum ist jedoch ein Verfahren, mit dem Pflanzenmaterial langfristig aufbewahrt werden kann. Eine solche Methode entwickelte Reski vor zehn Jahren zusammen mit der BASF AG – eigentlich im Rahmen eines anderen Projekts, bei dem eine Sammlung von Zigtausenden genetischer Mutanten des Kleinen Blasenmützenmooses zusammengestellt wurde. Das Know-how und die Technik kommen jetzt der internationalen Moosgemeinschaft zugute. „Für die Entwicklung des Verfahrens hätten wir aus öffentlichen Mitteln sicher keine Förderung bekommen, da brauchte es schon einer Kooperation mit der Industrie“, sagt Reski.

Eine Mitarbeiterin des IMSC friert die Moospflanzen zur dauerhaften Lagerung ein. © Prof. Dr. Ralf Reski

Ein bis zwei Anfragen bekommt Ingrid Heger seit der Gründung des Zentrums pro Woche – mit steigender Tendenz. Eine Forschungsgruppe möchte für ihre Experimente etwa eine bereits hinterlegte Mutante anfordern, die sie in der auf der Homepage des Zentrums ausgestellten Tabelle entdeckt hat. Eine andere Gruppe möchte eine ihrer eigenen Mutanten in den Tanks des Zentrums hinterlegen. In diesem Fall lässt Heger sich die Probe liefern. Sie zerhäckselt das Material, überführt es in ein spezielles Medium, das die Zellen vor den Folgen des Gefrierens schützt, und senkt es in einen dampfenden Stickstofftank hinab – das flüchtige Gas ist auf -196 Grad Celsius gekühlt, die Proben werden knapp darüber bei immerhin noch -160 Grad Celsius gelagert. Bei dieser Temperatur kommen alle Lebensprozesse zum Erliegen. Die Forscher können sie nach zehn, hundert oder potenziell sogar tausend Jahren wieder anstoßen, aus einer eingefrorenen Zelle kann nach nur kurzer Zeit wieder eine ganze Pflanze wachsen. Hundert Prozent des Materials überleben die Prozedur aufgrund der speziellen Behandlung mit verschiedenen Chemikalien. Bisher lagerten Wissenschaftler ihre Moose bei 4 Grad Celsius, das hielt die Pflanzen höchstens ein paar Monate am Leben.

Grüne Biobank

„Die jetzt endlich etablierte zentrale Infrastruktur wird den Austausch zwischen Forschungsgruppen deutlich verbessern“, sagt Reski. „Außerdem werden Forscher, die das Kleine Blasenmützenmoos zusätzlich zu den ihnen schon vertrauten Organismen als Modell in ihrem Labor etablieren wollen, leichteren Zugang in das Feld finden.“ Neben Grundlagenforschern bieten Reski und sein Team ihre Dienstleistungen auch Biotechfirmen an. Weil diese ihre Arbeit gerade in der Anlaufphase oftmals geheim halten möchten, ist eine Lagerung ihres Materials „unter Ausschluss der Öffentlichkeit“ wünschenswert. Die Proben sind dann anderen Interessenten nicht zugänglich. „Unser Ressourcenzentrum ist im Grunde eine grüne Biobank wie jede andere auch“, sagt Reski. „In Zukunft wäre auch eine Lagerung von anderen Moosarten denkb ar, etwa von solchen, die vom Aussterben bedroht sind.“ Die Menge einer Probe ist kaum fingernagelgroß. Hunderttausende könnten in den Tanks im Keller des Freiburger Instituts Platz finden.

Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Das Genom ist die gesamte Erbsubstanz eines Organismus. Jede Zelle eines Organismus verfügt in Ihrem Zellkern über die komplette Erbinformation.
  • Für den Begriff Organismus gibt es zwei Definitionen: a) Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren und selbstständig, d. h. ohne fremde Hilfe, zu existieren (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere einschließlich Mensch). b) Legaldefinition aus dem Gentechnikgesetz: „Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren oder genetisches Material zu übertragen.“ Diese Definition erfasst auch Viren und Viroide. Folglich fallen gentechnische Arbeiten mit diesen Partikeln unter die Bestimmungen des Gentechnikgesetzes.
  • kb ist die Abkürzung für Kilobase. Diese Einheit für die Länge von DNA- oder RNA-Molekülen entspricht 1.000 Basen bzw. Basenpaaren der Nukleinsäure.

Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Das Genom ist die gesamte Erbsubstanz eines Organismus. Jede Zelle eines Organismus verfügt in Ihrem Zellkern über die komplette Erbinformation.
  • Für den Begriff Organismus gibt es zwei Definitionen: a) Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren und selbstständig, d. h. ohne fremde Hilfe, zu existieren (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere einschließlich Mensch). b) Legaldefinition aus dem Gentechnikgesetz: „Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren oder genetisches Material zu übertragen.“ Diese Definition erfasst auch Viren und Viroide. Folglich fallen gentechnische Arbeiten mit diesen Partikeln unter die Bestimmungen des Gentechnikgesetzes.
  • kb ist die Abkürzung für Kilobase. Diese Einheit für die Länge von DNA- oder RNA-Molekülen entspricht 1.000 Basen bzw. Basenpaaren der Nukleinsäure.
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