Nervenzellen können drahtlos miteinander kommunizieren: eine neue Studie legt dies nahe

Können Nervenzellen drahtlos, d. h. im Wi-Fi-Modus, kommunizieren? Offenbar ja, zumindest bei einer bestimmten Wurmart. Lernen wir ihn besser kennen, um diese unglaubliche Eigenschaft und ihre möglichen Auswirkungen zu verstehen.

Caenorhabditis elegans, der kleine Wurm, der für die Wissenschaft unverzichtbar ist

Dan Dickinson, Goldstein lab, UNC Chapel Hill/Wikimedia commons - CC BY-SA 3.0

Caenorhabditis elegans, auch bekannt als Fadenwurm, ist ein in der Wissenschaft weit verbreiteter Modellorganismus. Dieses kleine Lebewesen, das sich durch seine zylindrische Form auszeichnet, ist etwa einen Millimeter lang und kommt häufig in der Erde vor. Eines seiner charakteristischen Merkmale ist seine relativ einfache Anatomie mit einer festen Anzahl von Zellen in seinem Körper. Diese strukturelle Einfachheit macht ihn zu einem idealen Studienobjekt, um den Prozess der Embryonalentwicklung zu verstehen. Besonders wertvoll für die Forschung ist auch ihr kurzer Lebenszyklus, der etwa zwei Wochen dauert. Diese Eigenschaft ermöglicht es den Wissenschaftlern, genetische und phänotypische Veränderungen über viele Generationen hinweg schnell zu untersuchen, was die wissenschaftliche Forschung beschleunigt.

Darüber hinaus wurde ihr komplettes Genom sequenziert, so dass eine detaillierte Karte ihres genetischen Materials vorliegt. Dadurch konnten viele Gene, die an grundlegenden biologischen Prozessen beteiligt sind, identifiziert und untersucht werden, was wesentlich zu unserem Verständnis von Zellbiologie und Entwicklung beiträgt. Ihre Allgegenwart und ihre Eigenschaften machen sie zu einem unverzichtbaren Instrument in verschiedenen Bereichen der wissenschaftlichen Forschung, von der Entwicklungsbiologie bis zur Neurobiologie und Genetik. Vor allem im Bereich der Neurowissenschaften hat sich bei der kleinen und berühmten Caenorhabditis elegans eine sehr wichtige Besonderheit herauskristallisiert: Neue Forschungen haben wichtige Fragen über die Standardmethode der Kommunikation zwischen Nervenzellen aufgeworfen, die bei diesen Lebewesen im "wi-fi-Modus" erfolgt.

Drahtloses Nervennetz im Wurm Caenorhabditis elegans

Bob Goldstein, UNC Chapel Hill/Wikimedia commons - CC BY-SA 3.0

Was bedeutet das im Klartext? Durch die Kartierung des Nervensystems dieses Wurms ist ein drahtloses Nervennetz entstanden, das über die bisherige und traditionelle Kommunikation über chemische Verbindungen des Nervensystems hinausgeht. Dabei geht es um die wahre Natur der Kommunikation von Neuropeptiden, den chemischen Botenstoffen, die aus kleinen Ketten von Aminosäuren bestehen, die von Neuronen synthetisiert und freigesetzt werden. William Schafer und seine Kollegen vom MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, England, untersuchten die Funktionsweise der Neuropeptide und stellten die Hypothese auf, dass sie bei der Kommunikation innerhalb des Nervensystems lediglich die Rolle von Botenstoffen spielen.

Durch die Beobachtung der Interaktionen entdeckte das Team eine Karte, die aus potenziellen drahtlosen Verbindungen zwischen den verschiedenen Nervenzellen besteht. Zur gleichen Zeit verfolgte das Team um Andrew Leifer von der Princeton University (USA) die Signalreise von Caenorhabditis elegans durch Messung der neuronalen Aktivität und bestätigte den Beitrag des drahtlosen Netzwerks. Die Forscher integrierten anatomische, biochemische und Genexpressionsdaten in die umfassende Karte der Neuropeptidkommunikation und verwendeten mathematische Modelle, um Signale zu erkennen und entscheidende Merkmale des Netzwerks und der beteiligten Neuronen zu identifizieren.

"Drahtlose" Signale zwischen Neuronen, mögliche neue Therapien

MR McGill/Flickr - CC BY-NC 2.0

Der Leiter der Abteilung für Neurowissenschaften und psychische Gesundheit beim Medical Research Council, Jo Latimer, betonte die Bedeutung dieser Arbeit. Die gewonnenen Daten weisen auf ein komplexes, aber hervorragend organisiertes Netzwerk im Nervensystem des Wurms hin: ein sehr wichtiger Schritt zum Verständnis der Funktionsweise des Gehirns und des Nervensystems, der zur Entwicklung neuer Therapien führen könnte.

Die von den Forschern erstellte Karte, das so genannte Konnektom, das 31 479 durch Neuropeptide geförderte Kommunikationen zwischen Neuronen aufzeigt, könnte dazu beitragen, die Ursache für das Auftreten einiger sehr verbreiteter neuropsychiatrischer Probleme, wie posttraumatischer Stress und Essstörungen, zu verstehen. Ursprünglich wurde davon ausgegangen, dass die Neuronen fest verdrahtet, d. h. physisch durch Synapsen verbunden sind. Nach der ersten Kartierung im Jahr 2019 wurde nun entdeckt, dass die Neuronen im Gehirn von C. elegans tatsächlich "drahtlos" kommunizieren können. Dies ist eine wichtige Entdeckung, die zahlreiche Vorteile für unser psychisches Wohlbefinden und die Behandlung bisher ungelöster Probleme bringen kann.