Karlsruhe – Ultraviolette Strahlung können wir Menschen (im Unterschied zu einigen anderen Tierarten) nur in den seltensten Fällen wahrnehmen. Das liegt vor allem daran, dass diese kurzwellige Strahlung schon von der Augenlinse komplett absorbiert wird. Es gibt aber Fälle, wo Patienten, die ihre Linse durch Krankheit oder Unfall verloren haben, UV-Licht als weißliches Blau-Violett erkennen. Diese fallweise Unsichtbarkeit von UV bedeute aber nicht, dass sie uns nicht schaden kann: Insbesondere die Erbsubstanz in Hautzellen wird durch UV-Strahlung schwer geschädigt, was unter anderem zu Hautkrebs führen kann.

Damit es nicht fortlaufend dazu kommt, hat die Natur einige Reparatursysteme entwickelt. Ein besonders effizientes wird durch Licht gesteuert. Es ist ein altes System, das sich im Laufe der Evolution kaum geändert hat. Nahezu alle Organismen verfügen darüber. Nur den höheren Säugetieren, und damit auch dem Menschen, fehlt dieses lichtinduzierte Reparatursystem. Sie schützen sich stattdessen mit einem weit weniger effizienten Mechanismus. Warum das so ist, war bis heute unklar. Nun aber ist es einem internationalen Wissenschafterteam unter Beteiligung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen, einige Antworten auf diese Fragen zu finden.

Höhlenfisch mit defektem Reparatursystem

Eines der wichtigsten DNA-Reparatursysteme ist die sogenannte Photoreaktivierung. Durch sichtbares Licht werden dabei spezielle Enzyme, sogenannte Photolyasen, aktiviert, die schädigende Veränderungen der Erbsubstanz rückgängig machen. Von Pflanzen über Einzeller, Pilze und Bakterien bis hin zu fast allen Tierarten verfügen Organismen über ein fast identisches System der Photoreaktivierung. Lediglich höheren Säugetieren fehlt es.

Diese evolutionäre Auffälligkeit verbindet sie mit einem seltenen Höhlenbewohner: Der blinde Fisch Phreatichthys andruzzii lebt seit vielen Millionen Jahren unterhalb der somalischen Wüste in wassergefüllten Felsspalten – völlig isoliert und im vollkommenen Dunkel. Untersuchungen an dem Fisch ergaben, dass neben einigen anderen ungewöhnlichen Veränderungen auch dieses Reparatursystem für die Erbsubstanz defekt ist.

Die Wissenschafter untersuchten in einer mehrjährigen internationalen Zusammenarbeit die Genetik dieses DNA-Reparatursystems in den Höhlenfischen und verglichen es mit dem von Zebrafischen. Dazu bestrahlten sie Zellen der Fische mit UV-Licht und untersuchten deren Fähigkeit zur DNA-Reparatur. "Wir konnten nachweisen, dass bei den Höhlenfischen, im Unterschied zu den Zebrafischen, dieses System nicht mehr richtig funktioniert. Die betroffenen Gene sind stark verändert und auch die Art, wie diese Gene durch Licht reguliert werden, ist abnormal", so Nicholas Foulkes vom Institut für Toxikologie und Genetik des KIT.

Lange Zeit unter der Erde

"Zum ersten Mal können wir der Evolution gewissermaßen bei der Arbeit zusehen, denn die Ergebnisse geben uns Hinweise, wie sich diese Reparatursysteme unter besonderen Bedingungen im Laufe der Jahrmillionen verändert haben können", so Foulkes. Das wiederum könnte darauf hindeuten, warum Säugetiere diesen Schutzmechanismus nicht mehr besitzen, schreiben die Forscher im Fachjournal "Current Biology".

"Wir glauben, dass wir hier die ersten Schritte eines Veränderungsprozesses beobachten, wie er sich bei den Vorfahren der höheren Säugetiere während des Mesozoikums abgespielt haben könnte", berichtet der Wissenschafter. Das Mesozoikum begann vor etwa 250 Millionen Jahren und endete vor ungefähr 65 Millionen Jahren. Die Wissenschaftler schlussfolgern daraus, dass diese Säugetier-Vorfahren im Laufe der Evolution unter der Erde gelebt und als Ergebnis von Jahrmillionen in Dunkelheit ihr DNA-Reparatursystem verloren haben könnten.

Insgesamt, so Foulkes, brächten die Erkenntnisse ein besseres Verständnis über die Biologie dieser Reparatursysteme. "Je mehr wir darüber lernen, desto eher können wir diese Erkenntnisse in einem medizinischen Kontext anwenden", erklärt er weiter. Die negativen gesundheitlichen Folgen übermäßiger Sonnenlichtexposition seien ein wichtiges Gesundheitsthema. "Wir verstehen aber noch nicht vollständig, welche Mechanismen daran beteiligt sind und welches die Schlüsselgene für die DNA-Schäden sind. Sie könnten wichtige Marker und vielleicht auch Ziele für therapeutische Ansätze sein, um UV-Schäden zu behandeln", hofft Foulkes.

Effiziente Fettspeicherung

Phreatichthys andruzzii weist noch weitere für die Forschung interessante Besonderheiten auf. Wie viele andere Höhlentiere auch, ist der Somalische Höhlenfisch äußerst langlebig und hat eine besondere Zellregulation, welche die Entstehung von Krebs verhindert. Außerdem verfügt er über eine ungewöhnlich niedrige Stoffwechselrate. Höhlenfische überdauern längere Perioden ohne Nahrung, indem sie äußerst effizient Fett speichern. "Wie überleben sie ohne negative Folgen mit so viel Fett im Körper?", fragt Foulkes und hofft, durch ein besseres Verständnis dieses außergewöhnlichen Stoffwechsels langfristig wichtige Erkenntnisse für den menschlichen Körper erzielen zu können. (red, 14.10.2018)