Wie Forscher Gene an und ausschalten

Knockout-Mäuse helfen bei der Entschlüsselung von Genfunktionen

Nach dem humanen Genomprojekt (HUGO) war die Maus das zweite Säugetier, dessen DNA-Code vollständig entschlüsselt wurde. Funktional stimmen 99 Prozent der menschlichen Gene mit dem Maus-Genom überein, weil sie evolutionär von einem gemeinsamen Vorläufer abstammen. Der Medizin-Nobelpreis 2007 wurde an drei amerikanische Wissenschaftler verliehen, die eine Technik entwickelt hatten, in Mäusen systematisch einzelne Gene abzuschalten. Die Folgen dieses Gen-Ausfalls zeigen, welche Aufgabe die betreffende Erbanlage im gesunden Tier hat. Die so entstandenen Knockout-Mäuse helfen Forschern in verschiedenen Fachbereichen, darauf zu schließen, welche Gene die Entwicklung der Organismen oder die Ausbildung bestimmter Krankheiten haben. Auch viele menschliche Erkrankungen beruhen auf genetischen Defekten, daher eignen sich die Mäuse hervorragend als Modellorganismen. Professor Francis Stewart vom Biotechnologischen Zentrum der TU Dresden (BIOTEC) erläutert die derzeitige wissenschaftliche Herausforderung so: "Wir kennen die menschlichen Gene, aber wir wissen für die Mehrzahl davon noch immer nicht, welche Aufgaben diese im Menschen haben, um daraus medizinische Anwendungen zu entwickeln." Unterschiedlich mutierte Mäuse zu züchten, würde viele Jahre dauern. Vier internationale wissenschaftliche Konsortien arbeiten derzeit gemeinsam daran, bis zu 20.000 Gene in embryonalen Stammzellen der Maus zu inaktivieren, um diese zur Herstellung weiterer Knockout-Mäuse der Wissenschaftsgemeinschaft frei zur Verfügung zu stellen. Zusammen mit britischen Kollegen haben die Forscher des BIOTEC Zentrums Dresden eine halbautomatisierte Technologie entwickelt, die helfen soll, die Funktion verschiedener Mausgene schneller und effizienter zu entschlüsseln. Dabei werden Änderungen im Genom durch homologe Rekombination im großen Umfang in die Stammzellen der Mäuse eingebaut.

»Wir kennen die menschlichen Gene, aber wir wissen für die Mehrzahl davon noch immer nicht, welche Aufgaben diese im Menschen haben, um daraus medizinische Anwendungen zu entwickeln.«

"Mit unserer neu entwickelten halbautomatisierten Technologie erreichen wir durch gezielt erzeugte Genmutationen (Gen-Targeting) im Hochdurchsatzverfahren eine sehr hohe Effizienz", erklärt Professor Stewart. So genannte Targeting Vektoren dienen dabei als künstliche Transportvehikel für jedes spezifische Gen. Die von Stewart entwickelte Methode stellt die Schlüsseltechnologie zur effizienten Generierung von Targeting Vektorendar und beruht auf homologer Rekombination mittels Phagen Proteinen. Anschließend wird das mutierte Gen in embryonale Stammzellen der Maus eingeschleust, die in der Keimbahn erwachsener Tiere heranwachsen. Mit diesem technologischen Durchbruch können mittlerweile tiefgefrorene Stammzellen in großen Mengen weltweit verschickt werden, um die Forschung an der Knockout-Maus zu beschleunigen. In den kommenden Jahren soll das halbautomatische Genom-Engineering auch auf andere Modelle übertragen werden. Denkbar sind beispielsweise Ratten oder auch menschliche pluripotente Stammzellen. Stewart glaubt: "Unsere äußerst komplexe zuverlässige Hochdurchsatz- Genom-Technologie wird sich weltweit als Standard etablieren."