Wie gelingt es Insektenweibchen, aufgenommene Spermien monatelang in ihrem Körper frisch zu halten? Diesem Phänomen sind die Spermienbiologen an der Professur für Angewandte Zoologie unter der Leitung von Prof. Dr. Klaus Reinhardt schon seit einigen Jahren auf der Spur. Die Ausdauer und Mühe bei der akribischen Forschungsarbeit haben sich gelohnt, denn nun konnten die Wissenschaftler erste, äußerst vielversprechende Ergebnisse im Online-Journal Scientific Reports präsentieren.
Das Team um Studienleiterin Dr. Cornelia Wetzker nutzte eine Technik, welche bereits bei der Krebserkennung angewandt wird. Dabei wird die Eigenfluoreszenz des zelleigenen Stoffwechselmoleküls NADH sowie die spezifische Dauer der Fluoreszenz, die sogenannte Fluoreszenz-Lebenszeit, mittels eines spezialisierten Mikroskops gemessen. Diese Zerfallszeiten dienen als Erkennungszeichen, als Unterschrift eines Gewebes. Die Fluoreszenz-Lebenszeit erlaubt Rückschlüsse auf die spezifischen Stoffwechselwege des Gewebes. Krebszellen besitzen eine kürzere NADH Fluoreszenz-Lebenszeit, sind verstärkt glykolytisch und können dadurch von gesunden Zellen unterschieden werden.
Dr. Cornelia Wetzker gelang es mit diesem Verfahren nun erstmalig, den Stoffwechsel an völlig intakten Geweben der Taufliege außerhalb des Körpers zu untersuchen. Sie analysierte den Stoffwechsel von Spermien in den Speicherorganen männlicher und weiblicher Tiere, sowie anderer Gewebe der Taufliege. Die Spermien befanden sich dabei in noch geschlossenen Organen, die im Männchen zur Speicherung vor und in den Weibchen nach der Verpaarung dienen. Das Team fand so heraus, dass die Spermien einen stark glykolytischen Stoffwechsel aufweisen, ähnlich dem von Krebszellen. Andere Zellen, wie Darm-, Drüsen- und Fettzellen waren in einem deutlich oxidativerem Zustand.
Zu ihrer ursprünglichen Ausgangsfrage, wie die Spermien im Körper der Insektenweibchen frisch bleiben, haben die Biologen mittels der Methode einen ersten Anhaltspunkt gefunden. Sie haben entdeckt, dass sich die Fluoreszenz-Lebenszeit eines weiteren fluoreszierenden Stoffwechselmoleküls mit Namen FAD in den Spermien, die sich im Weibchen befinden, ändert.
Mit Blick auf die klinische Anwendung dieser Technik erweist sich die Fluoreszenz-Lebenszeit-Mikroskopie (FLIM) als hoffnungstragend. "Die Aufzeichnung der Zerfalls-Signale könnte mit Hilfe neuronalen Netzen sogar automatisiert werden", vermutet Dr. Cornelia Wetzker. "Und da die Methode nicht gefährlich ist, spricht nichts dagegen, sie am lebenden Menschen oder Tier einzusetzen", ergänzt Professor Klaus Reinhardt.
TU Dresden
Originalpublikation:
Wetzker, C., Reinhardt, K. Distinct metabolic profiles in Drosophila sperm and somatic tissues revealed by two-photon NAD(P)H and FAD autofluorescence lifetime imaging. Sci Rep 9, 19534 (2019) doi:10.1038/s41598-019-56067-w
