Kann die Erforschung von Schlangen helfen, die menschliche Verdauung zu erklären?

Laut Wissenschaftlern an der University of Texas (UT) in Arlington (USA) liefern Forschungen an Pythons Einblicke in menschliche Erkrankungen wie Morbus Crohn.

Alle Tiere besitzen die Fähigkeit zur Darmregeneration. Bei Säugetieren und Menschen, trägt dieser konstante, aber relativ geringe Zellumsatz dazu bei, dass der Darm mit den täglichen Nahrungsanforderungen Schritt halten kann. Dies wird durch Stammzellen erreicht, die in den Krypten des Darms entstehen. Schlangen hingegen, die nur selten Nahrung aufnehmen – wie Boas und Pythons, die wochenlang ohne Nahrung auskommen können – besitzen zwar keine Darmkrypten, verfügen aber dennoch über eine extreme Darmregeneration: Wenn sie lange Zeit fasten, verkümmert ihr Darm und schrumpft, bis er fast völlig funktionsuntüchtig ist. Nehmen die Reptilien dann wieder Nahrung auf, zeigt ihr Darm ein massives regeneratives Wachstum. Dabei nimmt seine Masse innerhalb von 48 Stunden um mehr als das Doppelte zu, und der Großteil der Darmzellen und -strukturen, die zur Verdauung und Aufnahme von Nahrung erforderlich sind, wird wieder aufgebaut. Diese Veränderung geht auch mit enormen Veränderungen in der Physiologie und im Stoffwechsel der Schlangen einher.

Um zu verstehen, wie diese großen Schlangen ihren Darm ohne Krypten regenerieren können, sequenzierten Wissenschaftler der UT in Arlington, des UT Southwestern Medical Center und der University of Alabama (USA) die RNA-Gene von Pythons. Indem sie mehr über diesen Prozess bei Reptilien erfahren, hoffen die Wissenschaftler, mehr Informationen für die Verbesserung der Diagnose und Behandlung gastrointestinaler Erkrankungen beim Menschen liefern zu können, wie Diabetes, Morbus Crohn, Zöliakie und Krebs.

Ähnliche Signalwege in der Darmregeneration wie beim Menschen

„Wir haben die Darmregeneration bei Pythons mithilfe der Einzelzell-RNA-Sequenzierung untersucht und festgestellt, dass sie konservierte Pathways nutzen, die auch beim Menschen zu finden sind, diese aber auf einzigartige Weise aktivieren“, erklärt Prof. Todd Castoe, Professor für Biologie an der UT Arlington und Autor der in den „Proceedings of the National Academy of Science“ veröffentlichten Studie. „Interessanterweise haben wir festgestellt, dass die Signalwege, die die Regeneration bei Pythons regulieren, bedeutende Ähnlichkeiten mit denen aufweisen, die bei Menschen beobachtet werden, nachdem sie sich einem Roux-en-Y-Magenbypass unterzogen haben, um einen Gewichtsverlust und die Behandlung von Typ-2-Diabetes zu erleichtern“, ergänzt Siddharth Gopalan, Co-Autor des Artikels und Doktorand in Castoes Labor.

Diese Erkenntnisse liefern neue Einblicke in die grundlegenden Zusammenhänge zwischen der Darmregeneration und der Art und Weise, wie der Körper den Stoffwechsel als Reaktion auf Veränderungen wie Nährstoffverfügbarkeit und Stressbelastung anpasst. Die Studie hilft auch zu erklären, wie die an der Darmregeneration bei Pythons beteiligten Pathways bei anderen Wirbeltieren, einschließlich Menschen, ähnlich funktionieren und somit potenzielle Ziele für therapeutische Interventionen zur Behandlung von Darm- oder Stoffwechselerkrankungen darstellen.

„Unsere Erkenntnisse werfen auch Licht auf die Bedeutung eines bestimmten Darmzelltyps – der BEST4⁺-Zellen – bei der Koordinierung des Regenerationsprozesses“, erläutert Castoe. „Diese Zellen sind sowohl bei Pythons als auch beim Menschen zu finden, fehlen jedoch bei häufig untersuchten Säugetieren wie Mäusen. Dennoch fungieren sie als zentrale Regulatoren früher Regenerationsphasen, indem sie den Lipidtransport und den Stoffwechsel fördern. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Bedeutung und die weitgehend vernachlässigte Rolle, die BEST4⁺-Zellen wahrscheinlich bei der menschlichen Darmfunktion spielen. Zusammen erweitern diese Erkenntnisse unser Verständnis der Darmphysiologie.“ Castoe ergänzt: „Wenn wir mehr über die Verdauung bei anderen Tieren erfahren, erhalten wir ein umfassenderes Verständnis der evolutionären Gestaltung dieser wichtigen Körperfunktionen. Diese neuen Informationen werden unser Verständnis des Körpers erweitern und zum Ziel haben, die Behandlung und Vorbeugung vieler häufiger Verdauungsstörungen beim Menschen zu verbessern.“