Hydra oligactis: Wie Überfütterung Tumoren und übertragbaren Krebs bei Klonen begünstigt

Quallenähnliche Lebewesen, die man Hydren nennt, können Tumoren ausbilden, wenn sie übermässig gefüttert werden – und diese Tumoren lassen sich anschliessend an ihre klonalen Nachkommen weitergeben.

Eine neue Studie zu diesem ungewöhnlichen Vorgang beschreibt nicht nur, wie er bei Hydren abläuft, sondern schärft auch das Verständnis dafür, wie übertragbare Krebsformen allgemein entstehen und sich ausbreiten können.

Dass Tumoren für vielzellige Organismen grundsätzlich ein Risiko sind, ist kaum zu vermeiden. Umso beruhigender ist, dass Krebs nur in wenigen Fällen zwischen Individuen „ansteckend“ ist. Am bekanntesten sind zwei Krebsarten beim Tasmanischen Teufel; ein weiteres Beispiel betrifft Hunde, und zudem wurden 11 Fälle bei Muscheln dokumentiert.

Es ist naheliegend, nachvollziehen zu wollen, wie solche ansteckenden Krebserkrankungen überhaupt entstehen – einerseits, um zu verhindern, dass sich derartige Mechanismen beim Menschen etablieren, andererseits, um andere Arten besser schützen zu können, etwa vor dem enormen Leid, das Tasmanische Teufel durch ihre Gesichts-Tumorerkrankung ertragen.

Hydra oligactis als Modell für übertragbaren Krebs

Bislang waren alle bekannten Beispiele für übertragbaren Krebs bereits fest etabliert, als man sie entdeckte. Um die Ursprünge ansteckender Krebserkrankungen nachzuzeichnen, musste die evolutionäre Ökologin Sophie Tissot vom Französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) mit ihrem Team deshalb einen anderen Weg wählen.

Praktischerweise hatte sich in einem Laborexperiment vor 15 Jahren ein Süsswassertier, das mit Quallen und Seeanemonen verwandt ist, unter Überfütterung spontan Tumoren zugelegt.

Hydra oligactis, ein Süsswasserorganismus, der in vieler Hinsicht als „unsterblich“ gilt, vermehrt sich ungeschlechtlich: Er klont sich selbst, indem er kleine Knospen bildet, die sich ablösen und zu einem körperlich getrennten, genetisch jedoch identischen Tier heranwachsen.

Genau diese Fortpflanzungsweise – zusammen mit der Neigung, unter Laborbedingungen Tumoren zu bilden – macht die Art zu einem vielversprechenden System, um die Genetik der Krebsentstehung zu untersuchen. Tissot und Kolleginnen und Kollegen wollten zeigen, wie wertvoll dieses Modell für das Verständnis der Evolution übertragbarer Krebserkrankungen sein kann.

„Unter Verwendung von Hydra oligactis, die eine spontane Tumorentwicklung zeigt, die in manchen Linien vertikal übertragen wurde, liefert diese Studie die erste experimentelle Beobachtung der Evolution eines übertragbaren Tumors“, schreiben die Autorinnen und Autoren.

„Diese Arbeit leistet damit den ersten Beitrag zum Verständnis der Bedingungen, unter denen übertragbarer Krebs entsteht, und ihrer kurzfristigen Folgen für den Wirt.“

Versuchsaufbau: 50 Hydren aus dem Montaud-See

Für das Experiment sammelte das Team 50 Hydren im Montaud-See in Frankreich und richtete sie für ein Leben im Labor ein.

Um eine hohe Tumorrate zu sichern, zugleich die Knospung zu fördern und damit die Wahrscheinlichkeit einer Tumorweitergabe zu steigern, fütterten die Forschenden einen Teil dieser Polypen fünfmal pro Woche mit einer übermässigen Menge an Salinenkrebs-Larven (Artemia). Damit imitierten sie die Bedingungen, die in einer früheren Studie die Tumorbildung ausgelöst hatten.

Nach zwei Monaten wurden 19 dieser überfütterten Hydren ausgewählt, die bereits deutlich von Tumoren aufgequollen waren. Von ihnen sammelte man die Knospen ein, zog diese unter denselben Umständen gross und wiederholte das Vorgehen über fünf „Generationen“ tumorerzeugender Klonknospen. Für die nächste Generation wählte das Team jeweils gezielt Nachkommen aus den tumorerzeugenden Linien aus – im Gegensatz zu ihren tumorfrei gebliebenen Artgenossen.

Nachweis der Weitergabe und Folgen für die Lebensgeschichte

Um abzusichern, dass die Tumoren tatsächlich von den Eltern weitergegeben wurden und nicht in jeder Generation unabhängig neu entstanden, untersuchten die Forschenden auch Nachkommen von krebsfreien Hydren. Hydren, deren Eltern Tumoren trugen, entwickelten viermal häufiger Tumoren als solche, deren Eltern keine Tumoren hatten – obwohl alle Hydren genetisch identisch waren.

Damit bestätigte das Team, dass sich Tumoren bei H. oligactis gezielt auslösen lassen und dass die Übertragungsrate im Verlauf der Zeit ansteigen kann.

Gleichzeitig fiel auf, dass sich ab der fünften Generation mit übertragbaren Tumoren im Vergleich zu tumorfrei gebliebenen Tieren Merkmale der Lebensgeschichte veränderten. Noch bevor der Tumor Zeit hatte, sich auszubilden, investierten die Tiere stärker in ungeschlechtliche Fortpflanzung; nachdem die Tumoren eingesetzt hatten, verlangsamte sich die Knospung.

Diese Verschiebung ging offenbar mit einem weiteren Effekt einher: Nach dem Auftreten der Tumoren war die Sterblichkeit der Knospen höher.

„Diese Veränderungen deuten auf eine Anpassung der Lebensgeschichtsmerkmale des Wirts hin, um die Kosten des Tumors auszugleichen, indem mehr Knospen produziert werden, wenn sie eher überleben und tumorfrei bleiben“, schreiben Tissot und Kolleginnen und Kollegen.

Ausserdem weisen die Forschenden darauf hin, dass die Seltenheit übertragbarer Krebserkrankungen womöglich weniger daran liegt, dass Tumorzellen schwer übertragbar werden, sondern eher daran, dass passende Umweltbedingungen für ihre Verbreitung oft fehlen – denn zumindest in dieser Studie schien die Entwicklung der Übertragbarkeit für die Tumorzellen kein Problem zu sein.

Sollte das zutreffen, so folgern sie, „ist es entscheidend, diese Aspekte bei der Untersuchung von Ökosystemen zu berücksichtigen, die durch menschliche Aktivitäten gestört werden, da diese potenziell die Bedingungen verändern könnten, die die Ausbreitung übertragbarer Krebserkrankungen begünstigen“.

Die Studie wurde in den Schriften der Royal Society B veröffentlicht.