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StartseiteForschung aktuellOptogenetik bringt schlappe Spermien auf Touren 20.01.2015

MedizinOptogenetik bringt schlappe Spermien auf Touren

Wenn Spermien unbeweglich bleiben, ist Unfruchtbarkeit die Folge. Wissenschaftler vom Caesar-Forschungszentrum in Bonn haben nun schlappe Spermien wieder fit gemacht - mit einer Methode namens Optogenetik. Dabei werden Zellen genetisch so verändert, dass sie auf Lichtimpulse reagieren.

Von Michael Lange

Weiterführende Information

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Die Wissenschaftlerin Dagmar Wachten vom Forschungszentrum Caesar in Bonn kann Spermien von außen mit Licht kontrollieren.

"Hier haben wir uns nun einer neuen Technik bedient, der Optogenetik. Und die haben wir versucht, auf Spermien anzuwenden."

Die Forscherin leitet eine Minerva-Forschergruppe am Forschungszentrum Caesar in Bonn, einem Institut der Max-Planck-Gesellschaft. Sie und ihr Team haben unfruchtbare Mäuse gentechnisch so verändert, dass sie in ihren Zellen ein Enzym bilden, das auf Licht reagiert. Das ist das Grundprinzip der Optogenetik.

"Man versucht, lichtempfindliche Proteine über eine gentechnische Veränderung in einen Organismus einzubringen, und kann so in einem Organismus und bestimmte Aktivitäten von Organismen über Licht steuern."

Dagmar Wachten und ihr Team haben mit Peter Hegemann von der Humboldt-Universität Berlin zusammengearbeitet. Er ist einer der Pioniere der Optogenetik.

Die Forscher haben Mäuse verwendet, denen von Natur aus ein Enzym fehlt: die Adenylatzyklase. Dieses Enzym produziert den wichtigen Zell-Botenstoff cAMP, und der spielt eine Rolle beim Herzschlag, beim Geruchssinn und sogar beim Lernen. Ohne ihn bleiben auch die Spermien schlapp.

"Wenn in der Zelle das cAMP fehlt, können die Spermien nicht schwimmen. Sie benötigen ein gewisses Level an cAMP in der Zelle, um überhaupt schwimmen zu können. Und über einen längeren Zeitraum benötigen sie auch eine Stimulation der cAMP-Synthese, also eine erhöhte cAMP-Konzentration über einen längeren Zeitraum, um dann die Eizelle zu befruchten."

Dann haben die Forscher die unfruchtbaren Mäuse so verändert, dass sie eine besondere Adenylatzyklase bilden, die sich mit blauem Licht aktivieren lässt.

Das kann Dagmar Wachten bei ein paar Spermien unter dem Mikroskop demonstrieren. Zunächst sind die Spermien völlig starr, wie festgeklebt. Ihr Schwanz zeigt keine Bewegung. Wachten:

"Dann gehen wir mit einem kurzen Lichtblitz darauf, um genau dann fangen die Spermien an, sich loszureißen. Die Spermienschwänze fangen an zu zittern, sie bewegen sich, schlagen fast wieder ganz normal. Und dadurch können die Spermien vorwärts schwimmen und unterscheiden sich nicht mehr von normalen Spermien."

Ein blauer Lichtblitz von einer Zehntelsekunde oder sogar nur einer Hundertstelsekunde Dauer reicht aus, und die Spermien schwimmen kreuz und quer durch den winzigen Tropfen Flüssigkeit. Auch eine Eizelle können sie nun wieder befruchten.

Dagmar Wachten nutzt die Optogenetik, um Prozesse im Innern der Spermien besser zu verstehen. So will sie Ursachen von Unfruchtbarkeit aufspüren. Gegenüber anderen Verfahren mit chemischen Substanzen besitze die Optogenetik große Vorteile, erklärt sie:

"Gibt man irgendeine Substanz darauf, machen die Spermien irgendwas. Aber nicht das, was man möchte. Wir wollten aber nur gezielt diese cAMP-abhängigen Stoffwechselwege angucken, und das ist uns nun einwandfrei gelungen mit diesem lichtabhängigen Enzym, weil das Licht keinerlei Nebenwirkungen hat. Man kann es an- und ausschalten."

Eine direkte Behandlung von Unfruchtbarkeit verspricht die Optogenetik allerdings nicht. Man müsste den Mann und seine Spermien dazu gentechnisch verändern, um dann mit diesen Spermien eine künstliche Befruchtung durchzuführen. Dafür gibt es bereits andere Verfahren, die ohne Gentechnik auskommen.

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