Überfütterte Hydra oligactis bildet Tumoren – und gibt sie an klonale Nachkommen weiter

Hydren – polypenartige, an Quallen erinnernde Tiere – können Tumoren ausbilden, wenn man sie überfüttert. Erstaunlicher noch: Diese Tumoren lassen sich an ihre klonalen Nachkommen weitergeben.

Eine neue Studie zu diesem ungewöhnlichen Effekt beschreibt nicht nur, wie der Prozess bei Hydren abläuft, sondern erweitert auch das Verständnis dafür, wie übertragbare Formen von Krebs grundsätzlich entstehen können.

Warum übertragbarer Krebs so selten ist

Tumoren sind ein unvermeidliches Risiko für vielzellige Lebewesen. Zum Glück gibt es nur wenige Beispiele, bei denen Krebs zwischen Individuen „ansteckend“ weitergereicht wird. Am bekanntesten sind zwei Krebsformen beim Tasmanischen Teufel; ein weiterer Fall betrifft Hunde, und 11 Fälle wurden bei Muscheln beobachtet.

Entsprechend gross ist das Interesse daran, wie ansteckende Krebsarten überhaupt entstehen – einerseits, um zu verhindern, dass so etwas in der eigenen Spezies möglich wird, und andererseits, um andere Tiere vor dem schweren Leid zu schützen, das Tasmanische Teufel durch ihre Gesichtstumorerkrankung ertragen.

Bislang waren jedoch alle bekannten Beispiele für übertragbaren Krebs bereits fest etabliert, als man sie entdeckte. Um die Ursprünge ansteckender Tumoren nachzuverfolgen, musste die Evolutionsökologin Sophie Tissot vom Französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) mit ihrem Team daher einen anderen Ansatz wählen.

Hydra oligactis als Modell für Tumoren im Labor

Praktischerweise hatte sich vor 15 Jahren in einem Laborversuch bei einem Süsswassertier, das mit Quallen und Seeanemonen verwandt ist, spontan eine Tumorbildung gezeigt – ausgelöst durch Überfütterung.

Hydra oligactis, ein in vieler Hinsicht als „unsterblich“ geltendes Süsswassertier aus dieser Verwandtschaftsgruppe, vermehrt sich ungeschlechtlich: Es klont sich, indem es kleine Knospen bildet, die sich ablösen und zu einem körperlich getrennten, aber genetisch identischen Organismus heranwachsen.

Genau diese Kombination – asexuelle Vermehrung und die Neigung, unter Laborbedingungen Tumoren zu entwickeln – macht die Art zu einem potenziell wertvollen Modell, um die genetischen Grundlagen der Krebsentstehung zu untersuchen. Tissot und Kolleginnen und Kollegen wollten zeigen, wie gut sich damit auch die Evolution übertragbarer Krebserkrankungen erfassen lässt.

„Mit Hydra oligactis, die eine spontane Tumorentwicklung zeigt, welche sich bei manchen Stämmen vertikal übertragen hat, 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, sowie seiner kurzfristigen Folgen für den Wirt.“

Versuchsaufbau: Überfüttern, selektieren, weiterzüchten

Für das Experiment sammelte das Team 50 Hydren aus dem Montaud-See in Frankreich und hielt sie anschliessend im Labor.

Um eine hohe Rate an Tumorentwicklung sicherzustellen – und zugleich die Knospung zu fördern, wodurch sich die Chancen einer Tumorweitergabe erhöhen –, fütterten die Forschenden einen Teil dieser Polypen mit übermässigen Mengen an Salinenkrebschenlarven fünfmal pro Woche. Damit ahmten sie die Bedingungen nach, die in einer früheren Studie bereits Tumorbildung ausgelöst hatten.

Nach zwei Monaten wurden 19 dieser überfütterten Hydren ausgewählt, die deutlich von Tumoren gezeichnet waren. Von diesen Tieren sammelte man die Knospen ein und zog sie unter denselben Bedingungen weiter auf. Dieses Vorgehen wurde über fünf „Generationen“ tumorerzeugender, klonaler Knospen fortgeführt: In jeder Runde wählte das Team gezielt Tiere mit Tumoren aus und nutzte sie – im Vergleich zu ihren tumorfrei gebliebenen Artgenossen – als Ausgangspunkt für die nächste Generation.

Um auszuschliessen, dass die Tumoren einfach in jeder Generation neu und unabhängig entstehen, untersuchten die Forschenden zusätzlich Nachkommen tumorfrei gebliebener Hydren. Dabei zeigte sich: Hydren aus Elternlinien mit Tumoren entwickelten viermal häufiger Tumoren als Hydren, deren Eltern keine Tumoren hatten – obwohl alle Hydren genetisch identisch waren.

Was sich über Generationen verändert

Insgesamt bestätigte das Team damit, dass sich Tumoren in H. oligactis tatsächlich gezielt auslösen lassen – und dass die Übertragungsrate im Verlauf der Zeit zunehmen kann.

Ausserdem fiel auf, dass Hydren der fünften Generation mit übertragbaren Tumoren ihre Lebensverlaufsmerkmale gegenüber tumorfrei gebliebenen Vergleichstieren veränderten. Sie investierten stärker in die ungeschlechtliche Fortpflanzung, bevor der Tumor überhaupt Zeit hatte, sich zu entwickeln; sobald die Tumoren vorhanden waren, verlangsamte sich die Knospung.

Dazu passte eine weitere Beobachtung: Nach dem Auftreten der Tumoren war die Sterblichkeit der Knospen erhöht.

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

Die Forschenden merken zudem an, dass die Seltenheit übertragbarer Krebserkrankungen womöglich weniger daran liegt, dass Tumorzellen kaum „ansteckend“ werden können. Vielmehr könnten oft schlicht passende Umweltbedingungen fehlen, die eine Ausbreitung ermöglichen – denn in dieser Studie schien die Erwerbung der Übertragbarkeit für die Tumorzellen kein grundsätzliches Problem zu sein.

Wenn das zutrifft, folgern sie, „ist es entscheidend, diese Aspekte in Studien zu Ökosystemen zu berücksichtigen, die durch menschliche Aktivitäten gestört werden, da sich dadurch potenziell die Bedingungen verändern könnten, die die Ausbreitung übertragbarer Krebserkrankungen begünstigen.“

Die Studie erschien in den Schriften der Königlichen Gesellschaft B.