Am Anfang war der Molch
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Ein Beitrag von Rainer Wozny
Wie ein Team von Wissenschaftlern den Spuren des Erbguts in der Natur nachgeht
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Es ist ein vergleichsweise kleines Büro mit angeschlossenem Labor im Technologiepark auf dem Weinbergcampus in Halle, in dem zwei Wissenschaftler residieren und bereits Forschungsgeschichte geschrieben haben. Was nach einer Übertreibung klingt, ist aber Tatsache, denn jede Forschung ist am Ende nur so gut, wie sie Wirkung im praktischen Leben entfaltet. Den beiden Biotechnologen Anne Feindeisen (41) und Richard Pabst (31) ist es mit ihrer Firma IdentMe (deutsch: „Identifiziere mich“) gelungen, durch die Analyse winzigster DNA-Spuren aus der Natur (eDNA) der in einem bestimmten Bereich einer Landschaft lebenden Tiere zu bestimmen. Klingt kompliziert, ist es für Laien auch, doch für die beiden Firmeninhaber alltäglich.
Praktisch betrachtet geht es darum, mit molekularbiologischen Methoden kleinste genetische Spuren in Wasserproben zu suchen und zu identifizieren. Anhand dieser DNA-Spuren lässt sich dann qualitativ und quantitativ eine vorkommende Tierart bestimmen. Das Ziel dahinter ist es, geschützte und/oder bedrohte Arten im untersuchten Gebiet nachzuweisen. Das hilft Behörden und Bauträgern zum Beispiel im Straßen- oder Gleisbau oder auch bei der Planung neuer Wohn- und Gewerbegebiete dabei, gesetzliche Vorgaben zum Erhalt der Biodiversität einzuhalten – und das auf einem umweltschonenden Weg.
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Die Anfänge reichen einige Jahre zurück. 2014 untersuchte Anne Findeisen im Rahmen ihres Studiums erstmals die Genstruktur eines Kammmolches. 2017 fand sie sich mit den Nachwuchswissenschaftlern Patricia Holm und Richard Pabst an der Hochschule Anhalt mit Professorin Christiana Cordes zusammen. Diese betraut das Trio mit der Aufgabe, die eDNA-Analyse auf wirtschaftliche Tragfähigkeit zu testen. Die Forscher mussten sich damals also auch in den Markt einarbeiten. Dabei halfen auch umfangreiche Fördergelder. Die identMe-GmbH entstand. 200 bis 300 Kunden gehören derzeit zum Stamm – meist sind es Behörden, aber auch Vereine. Natürlich können auch Privatpersonen den Service der Firma in Anspruch nehmen.
Alle Tierarten scheiden kleinste Spuren aus, die sich in der Umwelt – und am besten im Wasser – finden und ausfiltern lassen. Mit der selektierten Gen-Struktur des Kammmolches oder mittlerweile auch anderer streng geschützter Tiere wie der Knoblauchkröte kann dann ein Bestand nachgewiesen werden, ohne in das Habitat dieser Tierart einzugreifen. Für den Existenzbeleg dieser Tierart etwa einen Teich trockenzulegen, Fallen aufzustellen oder sich zur Beobachtung auf die Lauer zu legen, ist zeitaufwendig oder würde einen unverantwortlichen Eingriff in das Biotop darstellen.
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Mit der Erweiterung der eigens erstellten Datenbanken ließen sich fortan auch Fische oder Säugetiere in ihrem Vorkommen bestimmen – und auch deren Menge. Das nutzen zum Beispiel Anglervereine. Wenn die ein Gewässer zur Pacht oder Betreuung übernehmen, ist selten auf Anhieb klar, welcher Fischbestand im Gewässer vorkommt. Da kann identMe helfen und stellt ein Proben-Kit zur Verfügung, das der europäischen Norm DIN-EN 17805 entspricht, die die Entnahme und Konservierung von Wasserproben regelt. Mit diesem können die gewünschten Wasserproben entnommen und dann verschlossen zu den Forschern nach Halle ins Labor geschickt werden.
Umwelt-DNA (englisch environmental DNA, kurz eDNA genannt) sind die Gen-Spuren, die man in der Umwelt finden kann. Jeder Organismus gibt solche DNA-Spuren ab. Oft sind es Ausscheidungen wie Kot und Urin oder auch die Abgabe von Körperzellen etwa über die Haut. Gefunden werden solche Spuren vorwiegend im Wasser, aber auch in Sedimenten und Bodenablagerungen. Mit dem Ausfiltern und Untersuchen dieser Spuren lässt sich das Vorhandensein bestimmter Arten nachweisen. Die qualitative und quantitative Bestimmung lässt dann Rückschlüsse auf die Biodiversität im untersuchten Gebiet zu.
Diese untersuchen dann die Proben entweder gezielt auf das Vorkommen einer bestimmten Fischart, wie es der Verein wünscht, oder dank der gelieferten eDNA-Menge auf den Gesamtbestand der Fischarten. Danach lässt sich der Bestand an Fischarten ziemlich präzise katalogisieren, was dem Verein erlaubt, einerseits von Testabfischungen etwa mit Elektrofischgeräten abzusehen und andererseits den Neubesatz mit Fischen zu planen. Hintergrund: Generell besiedeln sich Gewässer weitgehend selbst auf natürlichem Weg. Doch nicht alle Fischarten vertragen sich miteinander, und nicht jedes Gewässer taugt für jede Fischart. Nachgewiesene Vorkommen einzelner Arten aber könnten dann weitere gezielte Besatzentscheidungen erleichtern.
Zudem gelingt es mit der eDNA-Bestimmung auch, invasive Arten oder Krankheitserreger in der Umwelt nachzuweisen, die unter Umständen verheerende Folgen für den Bestand einer Tierart in einem bestimmten Gebiet haben können. In Zusammenarbeit mit dem Landesanglerverband Sachsen-Anhalt konnte zum Beispiel durch Untersuchung einer Forelle eine Erkrankung im Fischbestand nachgewiesen werden, was dann bestimmte Gegenmaßnahmen möglich machte. Die Verbreitung des Krankheitserregers konnte erfolgreich verhindert werden.
Ähnliches hoffen die identMe-Forscher nun auch für den Feuersalamander. Die eindrucksvoll gefärbte Amphibie ist in ihrem Bestand nicht nur durch zunehmende Einschränkungen ihres Lebensraumes gefährdet. Es gibt auch Umweltprobleme. Der Feuersalamander wird auch von zwei Pilzen bedroht, die die Tiere befallen und lokal ganze Bestände vernichten. Dank umfangreicher eDNA-Untersuchungen der Forscher sollen nun Gebiete für die Wiederansiedlung von Feuersalamandern gefunden werden, die noch pilzfrei sind und den Fortbestand der Art sichern.