Gentechnisch veränderte Tiere im Dienste der Forschung

Gentechnik bietet die Möglichkeit, das Erbgut von Lebewesen gezielt zu verändern. Diese Fähigkeit wird beispielsweise dazu eingesetzt, Medikamente wie menschliches Insulin in Bakterien oder in Tierzellen herzustellen (Kapitel Arzneimittelproduktion). Die häufigsten gentechnischen Veränderungen, sei dies in der Forschung oder für die Produktion von Medikamenten, geschehen in Mikroorganismen (Bakterien, Hefen) und in Zellkulturen. Doch auch höhere Lebewesen, also Pflanzen und Tiere, können gezielt gentechnisch verändert werden. Dies ist wichtig, denn Erkenntnisse aus Mikroorganismen oder Zellen lassen sich nicht einfach auf einen höheren Organismus übertragen.

Krankheiten oder Körperprozesse lassen sich oft nicht an einzelnen Zellen untersuchen. Die Alzheimer-Krankheit etwa ist ein Leiden, das nicht nur einzelne Zellen, sondern ganze Regionen des Gehirns betrifft. Die Entstehung der Krankheit ist komplex und die Forscher greifen daher nicht nur auf einzelne «Alzheimer-Zellen» zurück, sondern auf das so genannte Tiermodell, also zum Beispiel auf Mäuse, welche eine Krankheit entwickeln, die mit der menschlichen Alzheimer-Erkrankung zwar nicht genau identisch ist, die ihr aber ähnelt. Anhand dieser Mäuse können die Forscher Neues über die Entstehung von Alzheimer erfahren und neue Therapien testen. Andere bekannte Beispiele von Tiermodellen gibt es für Krankheiten wie Multiple Sklerose, Diabetes, Chorea Huntington oder Krebs.

In den letzten Jahrzehnten haben Forscherinnen und Forscher in der ganzen Welt eine Reihe von Tieren zu «Modellorganismen» erkoren. Dazu gehören zum Beispiel die Maus und die Fruchtfliege (siehe Liste unten). Sie haben sich darauf geeinigt, sich auf wenige zu konzentrieren, statt tausende verschiedene Tiere zu untersuchen. Ergebnisse können dann unter den Modellorganismen miteinander verglichen werden. Wenn also ein Forschungslabor in Helsinki eine neue Erkenntnis bei der Maus erlangt, so können andere Forscher, die mit Mäusen des gleichen Stammes arbeiten, auf diese Erkenntnisse aufbauen, egal ob sie in Wien, Bern oder San Francisco arbeiten.

Was zeichnet ein Tier aus, damit es zum Modellorganismus erkoren wird?

1. Es muss im Labor gut leben und sich vermehren können. Es darf dabei nicht zu viel Platz einnehmen und muss betreffend Ernährung und Umwelteinflüssen nicht zu anspruchsvoll sein.
2.  Die Forschung muss bereits auch ohne Gentechnik schon einiges über dieses Tier erfahren haben.
3. Es muss sich möglichst rasch und mit vielen Nachkommen vermehren, damit ein Experiment nicht zu lange dauert.
4. Man muss es gut gentechnisch verändern können.

Es ist wohl klar, dass ein Elefant diese Kriterien nicht erfüllt: Mit seinen fünf Tonnen, Nahrungsbedarf von 100 Kilogramm und rund 22 Monaten Tragezeit dürfte es schwierig sein, mit einem Elefanten zu experimentieren. Anders bei einer Maus. Ihre Tragezeit beträgt rund 3 Wochen und sie wiegt nur etwa 35 Gramm. Es ist daher logisch, dass sich die Forscher eher auf kleine Lebewesen geeinigt haben. Zu den wichtigsten Labormodellen der modernen biologischen Forschung gehören:

Der kleine Essigaal (Caenorhabditis elegans) [1 mm lang]
Der im Boden lebende Fadenwurm Caenorhabditis elegans ist rund einen Millimeter lang und lebt nur etwa 20 Tage. Die kurze Entwicklungszeit und die geringe Anzahl von Körperzellen (der Wurm besteht aus 959 Zellen) tragen wesentlich zur Beliebtheit dieses Modellorganismus bei. Zudem ist der Wurm durchsichtig, und so lassen sich einzelne Zellen und Körperorgane am lebenden Tier unter dem Mikroskop beobachten.

Die Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) [3 mm gross]
Die Fruchtfliege Drosophila ist seit fast 100 Jahren ein beliebtes Labortier der Genetiker: Die Fliegen sind klein, lassen sich einfach züchten, sie entwickeln sich in 10 Tagen vom Ei zur Fliege und vermehren sich rasant. Wurden sie anfangs zur Entdeckung der Regeln der Vererbung benutzt, dienten sie in den letzten 40 Jahren vor allem dem Studium einer zentralen Frage in der Biologie: «Wie entsteht aus einer einzigen Eizelle ein vollständiger Organismus?». Über Gendefekte, die zu Störungen in der Entwicklung führen, lassen sich die Gene finden, die diese Prozesse steuern. Durch die Entzifferung des Erbguts der Fliege und des Menschen wurde deutlich: Sehr ähnliche Gene steuern bei Fliege und Mensch die Entwicklung.

Der Zebrafisch (Danio rerio) [4 cm lang]
Warum haben Forscher sich für Zebrafische entschieden? Sie sind leicht und in grosser Zahl zu halten und sie vermehren sich rasch. Da sie sich schnell entwickeln, zeigen sich die Veränderungen ihres Erbguts innerhalb kurzer Zeit. Bereits ein Tag nach der Befruchtung sind alle wesentlichen Organe angelegt und die Larve schlüpft zwei Tage später. Zudem sind die Nachkommen weit gehend durchsichtig, so dass die verschiedenen Entwicklungsstufen ohne grösseren Aufwand beobachtet werden können. Alle Wirbeltiere, einschliesslich des Menschen, haben viele Gemeinsamkeiten, so dass im Zebrafisch gewonnene Erkenntnisse oft auf den Menschen übertragen werden können.

Die Maus (Mus musculus) [10 cm lang]
Die typischen weissen Mäuse, auch Labormäuse genannt, sind mit der Hausmaus verwandt. Der Körper ist 7 bis 11 cm lang, hinzu kommt eine Schwanzlänge von 7 bis 10 cm. Labormäuse werden zwischen 30 und 45 Gramm schwer. Sie haben bis zu acht Mal jährlich drei bis acht Mäusekinder. Nach vier bis sechs Wochen sind sie geschlechtsreif und leben rund zwei Jahre. Eine Maus kann also 150 Nachkommen haben. Deshalb sind Mäuse ideale Labortiere. Die Mus musculus wurde für Forschungszwecke in verschiedenen Zuchtstämmen gezüchtet, mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften: So eignet sich der Stamm «NMRI» besonders für verhaltensbiologische Tests, andere Stämme neigen zu besonders früher Tumor-Bildung und werden daher in der Krebsforschung eingesetzt, und an wieder anderen Stämmen können Medikamente zum Beispiel gegen epileptische Anfälle erprobt werden.