Studie an Froschembryonen hilft Wissenschaftlern, die menschliche Geburtsanomalie der Darmfehlrotation aufzuklären

Wie passt unser Darm, der mindestens 15 Fuß lang sein kann, richtig in unseren Körper? Während unser Verdauungssystem wächst, durchläuft der Darmschlauch eine Reihe dramatischer Schleifen und Rotationen, um den sich verlängernden Darm zu verpacken. Wenn sich der Darm während der Entwicklung nicht richtig dreht, führt dies zu einer weit verbreiteten, aber kaum verstandenen Geburtsanomalie, die als Darmmalrotation bezeichnet wird.

Jetzt in einer in der Zeitschrift veröffentlichten Studie EntwicklungWissenschaftler der North Carolina State University haben eine mögliche Ursache für diese lebensbedrohliche Erkrankung aufgedeckt.

Eine Darmfehlrotation betrifft 1 von 500 Geburten, die zugrunde liegenden Ursachen sind jedoch nicht genau geklärt. Um herauszufinden, warum die Darmrevolution fehlschlagen könnte, müssen Wissenschaftler zunächst die Darmrotation während der normalen Entwicklung verstehen, ein komplexer Prozess, der Biologen immer noch vor Rätsel stellt.

Das Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Dr. Nanette Nascone-Yoder beschloss, ein bei Fröschen gut etabliertes System zu nutzen.

„Wirbeltiere, Frösche und Menschen haben einen gemeinsamen Vorfahren und viele ähnliche anatomische Merkmale, darunter einen Darm, der sich gegen den Uhrzeigersinn dreht“, erklärte Dr. Nascone-Yoder.

„Da sich Froschembryonen in nur wenigen Tagen entwickeln und experimentell gut zugänglich sind, können wir schnell neue Hypothesen darüber testen, wie und warum die Entwicklung bei Malrotation schief geht.“

„Froschembryonen entwickeln sich in einer Petrischale und sind während der Darmentwicklung durchsichtig, sodass sie Medikamenten oder Umweltchemikalien ausgesetzt werden können, um nach Substanzen zu suchen, die eine Malrotation hervorrufen können“, sagte Dr. Nascone-Yoder.

Eine der vom Team untersuchten Verbindungen war das Herbizid Atrazin. Sie fanden heraus, dass die Einwirkung von Atrazin die Häufigkeit, mit der sich der Froschdarm in die entgegengesetzte Richtung (im Uhrzeigersinn) drehte, erheblich erhöhte, und beschlossen, sich auf Atrazin zu konzentrieren, um die Malrotation des Darms weiter zu untersuchen.

Dr. Julia Grzymkowski, die die experimentelle Arbeit dieser Studie leitete, fand heraus, dass die Exposition gegenüber Atrazin den Stoffwechsel (chemische Reaktionen, die Energie für biologische Prozesse liefern) in den Froschembryonen störte. Das Stoffwechselungleichgewicht in den Embryonen brachte eine Reihe zellulärer Prozesse im Darm zum Scheitern – Zellen konnten nicht richtig wachsen, sich teilen und neu anordnen, um die ordnungsgemäße Verlängerung und Rotation des Darms voranzutreiben.

„Obwohl wir herausgefunden haben, dass Atrazin bei Fröschen eine Malrotation verursacht, bedeuten diese Ergebnisse nicht unbedingt, dass dieses Herbizid bei Menschen eine Malrotation verursacht, da die Kaulquappen in unserem Screening 1.000-fach höheren Konzentrationen ausgesetzt waren, als sie normalerweise in der Umwelt vorkommen.“ Dr. Nascone-Yoder betonte.

„Aber unsere Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass die Störung derselben zellulären Stoffwechselprozesse, die durch Atrazin beeinflusst werden, beispielsweise durch die Exposition gegenüber anderen Chemikalien in der Umwelt und/oder genetische Variationen, die den Stoffwechsel beeinflussen, zur Darmfehlrotation beim Menschen beitragen könnte.“

Diese Studie fängt gerade erst an, herauszufinden, was während der Embryonalentwicklung passiert, die zu einer Malrotation des Darms führt. Das Team von Dr. Nascone-Yoder hofft, diese Arbeit erweitern zu können. „Unsere Ergebnisse haben neue Möglichkeiten zur Erforschung der zugrunde liegenden Ursachen dieser weit verbreiteten Geburtsanomalie eröffnet. Wir beginnen nun, tiefer in die zellulären Ereignisse einzutauchen, die den komplizierten Prozess der Darmverlängerung und -rotation koordinieren.“