Die Gastrulation stellt einen entscheidenden Schritt in der menschlichen Embryonalentwicklung dar. Dabei bildet sich in der dritten Woche nach der Befruchtung die sogenannte dreiblättrige Keimscheibe, aus der sich später die verschiedenen Körperteile des Embryos entwickeln. Diese Phase gilt als Beginn der menschlichen Individualität. Aus eben diesem Grund ist es international verboten, Embryonen im Reagenzglas länger als 14 Tage nach der Befruchtung zu untersuchen. Die meisten Erkenntnisse über die Gastrulation beim Menschen stammen daher aus tierischen oder zellulären Modellsystemen. Doch ohne ein natürliches Vorbild war die Aussagekraft dieser Modelle begrenzt.
Analyse von Zelltypen und Genexpression
Ein Team um Richard Tyser von der University of Oxford hatte nun die außergewöhnliche Gelegenheit, einen echten menschlichen Embryo im Alter von 16 bis 19 Tagen zu untersuchen. Der Embryo stammte aus einer ungewollten Schwangerschaft und wurde nach der Abtreibung der Forschung zur Verfügung gestellt. „Die Probe war völlig intakt und morphologisch normal“, schreiben die Forscher. „Unsere Analysen deuten darauf hin, dass diese Probe für die normale menschliche Gastrulation repräsentativ ist.“ Dennoch betonen sie, dass Verallgemeinerungen nur in begrenztem Rahmen zulässig sind, da die Erkenntnisse lediglich auf einer einzigen Probe beruhen.
Tyser und seine Kollegen kartierten 1.195 einzelne Zellen des Embryos und ordneten sie elf verschiedenen Zelltypen zu, darunter das Endoderm, aus dem unter anderem der Verdauungstrakt entsteht, sowie verschiedene Typen von Mesoderm, aus denen sich später unter anderem Knochen, Muskeln und verschiedene innere Organe entwickeln. Zusätzlich analysierten sie für alle Zelltypen, welche Gene in den jeweiligen Zellen aktiv waren. Dabei erfassten sie rund 4.000 Gene pro Zelle. Da es sich bei dem Embryo um einen Jungen handelte, ließ sich in allen Zellen eine Aktivität des Y-Chromosoms nachweisen, sodass die Forscher eine Kontamination durch mütterliche Zellen ausschließen konnten.
Ähnlichkeiten und Unterschiede zu Modellsystemen
Um die Ergebnisse einzuordnen und vergleichbar zu machen, glichen die Forscher die gewonnenen Daten des menschlichen Embryos mit bisherigen Modellsystemen ab, darunter der Gastrulation bei Mäusen und Makaken sowie einem In-Vitro-Modell, bei dem mit Hilfe von embryonalen Stammzellen die Gastrulation im Reagenzglas nachgestellt wird. „Die Analyse der Genexpression bei den drei Arten ergab große Ähnlichkeiten, aber auch einige spezifische Unterschiede“, berichten die Forscher. So wurden viele Gene sowohl bei Menschen als auch bei Mäusen während der Gastrulation ähnlich aktiviert. „Das deutet darauf hin, dass die Maus ein gutes Modell für die menschliche Gastrulation darstellt“, folgern Tyser und seine Kollegen.
