Wissenschaftlern am UT Southwestern Medical Center gelang eine Sensation: Sie hielten auf Video fest, was lange als unmöglich galt – wie ein DNA-Fragment spontan aus dem Kern einer menschlichen Zelle austrat und in eine Nachbarzelle überging. Die mittels Zeitraffer-Mikroskopie erstellte Aufnahme zeigt, wie Zellen mit rot und grün markierten Kernen miteinander in Kontakt traten, woraufhin ein grünes DNA-Fragment in die rote Zelle wanderte. Es handelt sich dabei nicht um eine Computersimulation, sondern um eine authentische Videoaufnahme eines Phänomens, das 2024 erstmals bei Säugetierzellen beobachtet und 2026 im Fachjournal Cell veröffentlicht wurde.
Der horizontale Gentransfer ist bei Bakterien und Einzellern als zentraler Evolutionsmechanismus seit langem bekannt. Bei komplexen Eukaryoten, einschließlich Säugetieren und Menschen, galt dieser Prozess jedoch als extrem selten oder gar ausgeschlossen. Normalerweise ist die DNA durch eine Doppelmembran sicher im Zellkern eingeschlossen. Doch bei Zellschäden oder Fehlern bei der Zellteilung entstehen sogenannte Mikronuklei – aus dem Kern ausgestoßene große DNA-Fragmente oder sogar ganze Chromosomen, die sich isoliert vom Hauptkern im Zytoplasma befinden. Die Forschung von Peter Ly, Assistenzprofessor am Children’s Medical Center Research Institute des UT Southwestern, belegt nun, dass diese Mikronuklei nicht nur in ihrer Ursprungszelle verbleiben, sondern diese auch verlassen können, um über sogenannte „Nanoröhren“ – feine zytoplasmatische Brücken zwischen benachbarten Zellen – zu migrieren und sich in das Genom der Empfängerzelle zu integrieren.
Lys Team beschädigte gezielt menschliche Netzhaut- und Nierenzellen, um die Bildung von Mikronuklei zu provozieren, und mischte diese anschließend mit intakten Zellen. Die Zeitrafferaufnahmen unter dem Mikroskop dokumentierten den DNA-Transfer in weniger als fünf Prozent der Fälle – ein seltenes, aber regelmäßiges Ereignis. Das übertragene Erbgut erwies sich als vererbbar: Die Tochterzellen reproduzierten und festigten die neuen Gene, wobei sogar Fragmente des Y-Chromosoms von männlichen in weibliche Zellen übertragen wurden. Dieselben Ergebnisse wurden bei Krebszelllinien sowie bei pluripotenten Stammzellen erzielt, die sich in jeden Zelltyp des Körpers differenzieren können.
Zuvor hatten Wissenschaftler beobachtet, wie RNA, Proteine und Organellen über Nanoröhren – Strukturen, die als zytoplasmatische Kontaktstellen bekannt sind – zwischen Zellen ausgetauscht werden. Die DNA selbst entzog sich jedoch lange der direkten Beobachtung, und es blieb unklar, wie häufig dies im lebenden Organismus geschieht. Die Experimente von Ly beweisen nun, dass diese interzellulären Brücken auch große doppelsträngige DNA-Moleküle transportieren können, die durch Rekombination in die Chromosomen der Empfängerzelle eingebaut werden. Molekularbiologen bezeichnen diese Arbeit als den ersten direkten Videobeweis für horizontalen Gentransfer in lebenden Säugetierzellen.
Obwohl das Phänomen selten auftritt, könnten seine biologischen Auswirkungen erheblich sein. In Tumoren können mutierte Onkogene oder beschädigte DNA-Abschnitte auf gesunde Nachbarzellen übertragen werden, was die Evolution des Krebses beschleunigt, die Heterogenität des Tumors erhöht und die Behandlung erschwert. Der Mechanismus des Transfers sowie die genaue Auswahl der Gene, die auf diesem Weg migrieren können, müssen noch eingehend untersucht werden – die Häufigkeit des Ereignisses ist zu gering, um ohne spezielle Videomethoden ein schnelles Screening durchzuführen.
Die Entdeckung stellt die klassische vertikale Genweitergabe von Eltern an Nachkommen nicht infrage – diese bleibt der primäre Vererbungsmechanismus. Sie fügt jedoch dem Verständnis der genetischen Variabilität in mehrzelligen Organismen eine neue, unerwartete Ebene hinzu. Es zeigt sich, dass Zellen keine völlig isolierten Einheiten sind: Selbst innerhalb eines einzelnen Organismus ist ein Austausch großer DNA-Fragmente zwischen „Nachbarn“ möglich, was die Anpassung von Geweben und das Fortschreiten von Krankheiten beeinflussen kann.
Die Forscher stehen nun vor einer großen Aufgabe: Es gilt herauszufinden, wie oft ein solcher Transfer unter den Bedingungen eines lebenden Organismus stattfindet, welche spezifischen Sequenzen oder Gene am stärksten zu dieser Migration neigen und ob dieser Mechanismus medizinisch genutzt werden kann oder im Gegenteil bei der Krebsbehandlung blockiert werden muss.
Diese Entdeckung ist ein eindrucksvolles Beispiel dafür, wie die Wissenschaft weiterhin die erstaunliche Komplexität und Dynamik des Lebens auf zellulärer Ebene entschlüsselt. Die Zellen in unserem Körper erweisen sich als weitaus „geselliger“ und vernetzter, als wir bisher angenommen hatten. Die Möglichkeit des horizontalen Gentransfers großer DNA-Fragmente über Nanoröhren verleiht dem Bild der biologischen Kooperation und Anpassung eine neue, faszinierende Dimension.
Anstatt isolierte „Festungen“ mit einem streng verschlossenen Genom zu sein, präsentieren sich Zellen als eine aktive Gemeinschaft, die bei Bedarf genetisches Material austauschen kann.
Die Studie eröffnet Perspektiven für Durchbrüche in der Onkologie, der regenerativen Medizin und der Gentherapie. Die Natur hat sich als noch flexibler erwiesen, als wir dachten – und das inspiriert zu weiteren Entdeckungen.
