Zebrafisch-Forschung an Max-Planck-Instituten

Zebrafisch-Forschung an Max-Planck-Instituten

Wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft erforschen an Zebrafischen durch Tierversuche unter anderem die Entwicklung von der Eizelle bis zum erwachsenen Tier, die Bildung von Organen sowie die Funktionsweise des Gehirns.

Regeneration des Herzens

original
Original 1508158465
Herzentwicklung im gesunden Fischembryo (links) und in einem Embryo mit einer Mutation (rechts). Das kranke Tier besitzt nicht nur mehr Herzmuskelzellen (grün mit rot gefärbten Zellkernen), sondern es ist zusätzlich deformiert.
Herzentwicklung im gesunden Fischembryo (links) und in einem Embryo mit einer Mutation (rechts). Das kranke Tier besitzt nicht nur mehr Herzmuskelzellen (grün mit rot gefärbten Zellkernen), sondern es ist zusätzlich deformiert.

Wird das Herz nach einem Herzinfarkt nicht ausreichend mit Blut versorgt, sterben Herzmuskelzellen ab. Der Mensch kann dieses Gewebe nicht ersetzen. Anders dagegen die Larve des Zebrafischs. Nach einer Schädigung kann sie Teile des Herzens wieder regenerieren. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben an Fischlarven mit geschädigtem Herzmuskel beobachtet, dass Muskelzellen aus dem unbeschädigten Vorhof in die Herzkammer einwandern und sich in Herzkammerzellen umwandeln. Sie tragen dadurch wesentlich zur Regeneration des Herzmuskels bei. Wenn es gelänge, mit Hilfe einer Gentherapie eine derartige Umwandlung von Zellen zu stimulieren, könnten die Selbstheilungskräfte des Herzens gestärkt werden.

Steuerungszentrale für Blutgefäße

Forscher des Max-Planck-Instituts für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim beispielsweise haben im Zebrafisch-Erbgut das Gen identifiziert, das im heranwachsenden Embryo das Wachstum von Blutgefäßen auslöst. Das sogenannte cloche-Gen kontrolliert ihren Erkenntnissen zufolge das gesamte Entwicklungsprogramm für das Gefäßsystem. Alle anderen bisher bekannten, an der Gefäßentstehung beteiligten Gene werden erst nach cloche aktiv. Genetisch veränderte Embryonen mit inaktivem Gen bilden keine Blutgefäße aus und sterben schon kurz nach der Befruchtung. Säugertiere inklusive des Menschen besitzen ein mit cloche eng verwandtes Gen.

Arbeitsteilung im Gehirn

Das verhältnismäßig einfach aufgebaute Nervensystem der Fischlarven erleichtert es Neurobiologen, Verarbeitungsprozesse im Gehirn aufzuklären. So haben Forscher am Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried eine Gruppe von lediglich 15 Nervenzellen ausfindig gemacht, die die Schwimmrichtung der winzigen Larven steuert. Eine kleine Region im Hinterhirn ist dagegen für den Antrieb zuständig: Sie wirkt wie ein Motor und treibt den Fisch voran. Im menschlichen Gehirn gibt es eine ähnliche Arbeitsteilung zwischen unterschiedlichen Gehirngebieten für Bewegungen. Offenbar können Aufgaben in unserem Gehirn ähnlich wie beim Zebrafisch verteilt sein. Geholfen hat den Forschern dabei die sogenannte Optogenetik. Bei dieser Technik verändern die Wissenschaftler die Fische so, dass Nervenzellen des Gehirns lichtempfindliche Kanalproteine produzieren. Mit kurzen Lichtpulsen können die Neurowissenschaftler dann die winzigen Kanäle öffnen oder schließen und so die Nervenzellen aktivieren und deren Funktion untersuchen.

Neue Blutgefäße bei Verletzungen

original
Original 1508158465
Blutgefäße in der Flosse eines erwachsenen Zebrafisches (Arterien: gelb; Venen: grün).
Blutgefäße in der Flosse eines erwachsenen Zebrafisches (Arterien: gelb; Venen: grün).

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für molekulare Biomedizin in Münster machen sich die erstaunlichen Regenerationsfähigkeiten der Zebrafische zunutze. Verletzte oder gekappte Schwanzflossen können die Fische komplett nachbilden. Dabei wachsen innerhalb weniger Wochen sämtliche Gewebe und Zelltypen nach und bilden eine neue Flosse. Die Blutgefäße dafür wachsen zunächst aus einem ungeordneten Geflecht in die neu entstehende Flosse ein. Die Max-Planck-Forscher haben nun entdeckt, dass manche Zellen aus diesem Geflecht umkehren und entgegen der allgemeinen Wachstumsrichtung wandern. Diese Zellen bilden dann die späteren Arterien. Etwas Ähnliches haben die Wissenschaftler in der Netzhaut von Mäuseaugen beobachtet. Sie haben also wahrscheinlich ein weit verbreitetes Phänomen der Gefäßneubildung entdeckt. Erkrankungen des Gefäßsystems bei Menschen könnten mit diesem Wissen besser erklärt werden, zum Beispiel Shunts – also krankhafte Direktverbindungen zwischen Arterien und Venen.

Zur Redakteursansicht