Gene bei Mäusen schneller austauschen

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Bisher ist die Zucht von genau bestimmten genetischen Varianten nicht nur bei Mäusen ungemein aufwendig. Mit der Zinkfinger-Methode wird es schneller und einfacher, sagen die Helmholtz-Forscher. Quelle: Rolf Handke / pixelio.de

10.08.2010  - 

Die Entdeckung von Münchner Forschern wird viele Genetiker aufatmen lassen. Denn sie macht aus einem bisweilen frustrierend aufwendigen Verfahren eine nur noch arbeitsintensive Methode. Wollten Wissenschaftler das Erbgut von Säugetieren verändern, führten sie dem Embryo veränderte Stammzellen zu und mussten hoffen, dass diese sich über Generationen hinweg durchsetzen. Mit den sogenannten Zinkfinger-Nukleasen ist es den Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums München gelungen, Erbmaterial direkt in befruchtete Eizellen von Mäusen einzubauen. Dieser schnelle Weg zu genveränderten Versuchstieren, die unter dem Dach des Förderprogramms zur Medizinischen Genomforschung entstanden ist, stellten die Molekularbiologen im Fachjournal PNAS (Online-Veröffentlichung, 4. August 2010) vor.

Versuchstiere, deren DNA künstlich verändert wurde, sind in den Labors mittlerweile keine Exoten mehr. Ganz im Gegenteil. In Großbritannien überstieg die Anzahl der genetisch modifizierten Exemplare erstmals jene ihrer naturbelassenen Artgenossen. Trotz ihrer zunehmenden Verbreitung ist die Herstellung von genetischen Mutanten nach wie vor ungemein aufwändig. Bei sogenannten Knock-out-Mäusen ist normalerweise ein bestimmtes Gen stillgelegt. Das Grundproblem ist nun, dass es unmöglich wäre, bei erwachsenen Mäusen jede einzelne Zelle zu verändern. Deshalb wird schon früh in der Entwicklung angesetzt, in einer Phase, in der die Maus erst aus wenigen Zellen besteht.

Genveränderungen innerhalb einer Generation 

Mittels homologer Rekombination wird in Mäusestammzellen im Reagenzglas das gewünschte Gen stillgelegt. Diese modifizierte Stammzelle wird dann zu einem Mäuseembryo gegeben. Wenn diese Maus heranwächst, trägt dann ein gewisser Teil der Zellen – nämlich genau derjenige, der aus der zugegebenen Stammzelle entstanden ist – die gewünschte Veränderung. Das ist allerdings erst die halbe Miete. Die Forscher müssen nun hoffen  - und das kann einige Generationen dauern – dass in einer Maus Keimzellen gebildet werden, die das veränderte Gen tragen. Erst wenn aus einer derartigen Keimzelle dann eine neue Maus entsteht, trägt sie das gewünschte Merkmal im Erbgut all ihrer Zellen.

Diese Methode ist mittlerweile weit verbreitet, kostet aber viel Mühe. Am Helmholtz-Zentrum München haben Forscher um Wolfgang Wurst, Inhaber des Lehrstuhls für Entwicklungsgenetik an der TU München und Leiter des Instituts für Entwicklungsgenetik am Helmholtz Zentrum München, nun eine Methode vorgestellt, die das ganze Prozedere entscheidend abkürzt. Das dürfte in den Labors nicht nur viele Arbeitsstunden einsparen, sondern auch den Verbrauch an Versuchstieren senken. Ist die Technologie einmal ausgereift, so erhoffen sich die Wissenschaftler, werden Genveränderungen an jeder beliebiger Stelle und bei jeder Art von Säugetierzellen möglich. Die verwendeten Zinkfinger-Nukleasen sind nämlich nicht auf Mäuse beschränkt, auch wenn sie bei dieser Tierart das erste Mal erprobt wurden.

Bei jeder zwanzigsten Maus klappt der DNA-Einbau

Zinkfinger nennen die Forscher Eiweiße, die sich als Marker an vorher genau bestimmbare Stellen des Erbmoleküls  DNA anlagern. Die künstlich hergestellten Zinkfinger-Nukleasen sind Enzyme, die das Erbgut entlang der definierten Erkennungsstelle aufschneiden. Das versetzt das zelleigene Reparatursystem in Alarmbereitschaft. Das Loch wird geflickt. In einigen wenigen Fällen, und darauf spekulieren die Forscher, wird bei diesem Reparieren auch ein gleichzeitig mit den Enzymen in die Zelle gespritztes DNA-Stück mitverbaut. Bei ihren Versuchen nutzten die Forscher das Know-How von Martin Hrabe de Angelis. Der Direktor des Instituts für Experimentelle Genetik am Helmholtz Zentrum München hat die weltweit erste Mausklinik gegründet, in der Mausmutanten erstmals systematisch auf ihre Eigenheiten untersucht werden können. Das war von Vorteil, um die Auswirkungen der Experimente mit den Zinkfinger-Nukleasen zu beobachten.

Den Forschern ist es mit ihrer neuen Methode schon gelungen, Mäuse mit speziellen Genveränderungen zu züchten. Noch ist viel Zufall im Spiel. Das Einfügen klappt nur bei jeder zwanzigsten Maus – wenn es optimal läuft. Doch selbst mit der geringen Quote ist die Methode der bisherigen haushoch überlegen. Jetzt arbeiten die Forscher daran, die Wirksamkeit der Methode zu verbessern. Sie untersuchen außerdem die Anwendbarkeit auf andere Organismen, damit den Wissenschaftlern neben Mäusen weitere Modellsysteme zur Verfügung stehen. Gleichzeitig verheißt die Methode auch neue Ansatzmöglichkeiten für Therapeutika. „Denn“, so Professor Wurst, „langfristig ist denkbar, dass so nicht nur neue Gene eingebracht, sondern auch Defekte gegen Gesunde ausgetauscht werden können“.