Menschliche Krankheiten mit Zebrafischen erforschen

Sie sind nur wenige Zentimeter lang und wirken unscheinbar, doch für die Grundlagenforschung sind sie von unschätzbarem Wert: Zebrafische. Neurobiologe Stephan Neuhauss nutzt sie als Modellorganismen, um grundlegende biologische Prozesse wie die Augenentwicklung sowie Krankheiten des Sehapparates und des Gehirns zu erforschen.

Zebrafische sind klein, robust und einfach zu halten. Sie vermehren sich rasch und ihre Embryonen sind optisch durchsichtig. Die Entwicklung von Zellen und Organen lässt sich an ihnen gut beobachten. Diese Eigenschaften und die genetische Ähnlichkeit zum Menschen haben den Zebrafisch zu einem der meistverwendeten Modellorganismen für die genetische und entwicklungsbiologische Forschung gemacht.

Am Institut für Molekulare Biologie erforscht Stephan Neuhauss mit seinem Team Zebrafische. Im Fokus steht die Entwicklung ihrer Augen bzw. die Frage, welche Gene für den Aufbau und die Funktion des Sehapparats benötigt werden. Zebrafische können schon früh sehr gut sehen. Und weil die Tiere tagsüber im Hellen aktiv sind, funktionieren die Sinneszellen ihrer Netzhaut, dem wichtigsten Teil des Sehapparats, sehr ähnlich wie jene des menschlichen Auges. Zebrafische sind daher ideal, um zu klären, wie das Zusammenspiel von Augen und Gehirn funktioniert und welche Störungen zu Augenkrankheiten führen.

Dazu züchteten die Forschenden eine Fischlinie, bei der das Gen für ein wesentliches Transportprotein in der Netzhaut ausgeschaltet wurde. Dadurch wird das Sehpigment nicht mehr ausreichend regeneriert, worauf sich während des Alterns die Netzhaut der mutierten Fische verdünnt. Sie zeigen damit viele Merkmale wie sie bei Netzhautdegenerationen des Menschen auftreten, die ebenso auf Mutationen in diesem Gen zurückzuführen sind. Langfristiges Ziel ist, neue Diagnosemethoden und Therapieansätze gegen vererbbare Augenkrankheiten zu finden.

In einem weiteren Schwerpunkt untersuchen die Wissenschaftler die genetischen Grundlagen der Epilepsie. Im Zentrum steht dabei ein Protein, das die Dauer und das Ausmass der neuronalen Erregung im Gehirn reguliert, indem es Glutamat aus dem Zwischenraum zwischen zwei Nervenzellen entfernt. Ist das Eiweiss beschädigt, sammelt sich der neuronale Botenstoff im synaptischen Spalt an und die Erregbarkeit ganzer Hirnnetzwerke gerät aus dem Gleichgewicht.

Genau solche neuronale Überstimulationen zeigen Zebrafischlinien, bei denen der genetische Bauplan des Proteins entfernt wurde. Bereits bei den Larven treten wiederkehrende, spontane und durch Licht ausgelöste Anfälle im Gehirn auf – vergleichbar mit epileptischen Anfällen beim Menschen. Mit dem Resultat, dass sich die Fische ganz anders verhalten als ihre genetisch unveränderten Pendants. Nächstes Ziel ist, die Überstimulation im Gehirn gezielt zu dämpfen.

In seinem neuesten Projekt plant Stephan Neuhauss, ein Zebrafischmodell für bösartige Hirntumore bei Kindern zu entwickeln, um neue Wirkstoffe für wirksame Behandlungen testen zu können.