Für diese Forschungsprojekte setzen wir Versuchstiere ein

Für diese Forschungsprojekte setzen wir Versuchstiere ein

Wo immer möglich, ersetzen wir an unserem Institut Tierversuche durch Alternativen wie Zellkulturen oder Computersimulationen. Allerdings reichen diese Alternativmethoden nicht immer aus, um komplexe biologische Vorgänge im Organismus zu verstehen. In unserer Forschung bleiben Tierversuche daher noch unverzichtbar.

Das Wohl unserer Versuchstiere ist uns ein besonderes Anliegen: Tierschutz, bestmögliche Haltungsbedingungen und verantwortungsvollen Umgang mit den Tieren sehen wir als unsere ethische Verpflichtung. Zudem ist das Tierwohl unabdingbare Voraussetzung dafür, dass verwertbare und reproduzierbare wissenschaftliche Ergebnisse entstehen.

Mehr Informationen zum Thema Tierversuche finden Sie auf der Webseite unserer Tierhaltung und auf unserer Portalseite zum Tierschutz.  

Nachfolgend stellen wir Ihnen einige Projekte aus unserer Forschung vor, in denen wir Versuchstiere einsetzen.


Forschung am Regenerationswunder Plattwurm

Plattwürmer sind Meister der Regeneration. Einige Plattwurmarten können buchstäblich in winzige Stücke zerteilt werden und schaffen es, komplette und perfekt proportionierte Würmer aus jedem einzelnen Gewebestück zu regenerieren. Und einige Plattwurmarten scheinen zudem nicht zu altern. Diese Tiere bieten daher eine einmalige Gelegenheit, um an ihnen grundlegende Mechanismen der Regeneration und Gewebeerneuerung zu erforschen. Woher „wissen“ die verbleibenden Zellen in einem Gewebe, was fehlt und ersetzt werden muss? Was befähigt ein Tier, verlorene Körperteile nachwachsen zu lassen? Warum leben manche Spezies vermeintlich ewig, während andere älter werden und sterben?

Antworten auf diese Fragen erhoffen sich die Forschenden mithilfe quantitativer Biologie und Vergleiche zwischen den verschiedenen Arten. Dazu haben sie eine große Sammlung verschiedener Plattwurmspezies aufgebaut, die ein breites Spektrum an biologischen Eigenschaften wie Größe, Form, Regenerationsfähigkeiten und Lebenserwartungen repräsentiert.

Molekularer Schalter beeinflusst Regenerationsfähigkeit

Ziel der Forschung ist es, die molekularen Mechanismen der Regeneration und Geweberneuerung aufzuklären und herauszufinden, wie sich diese in der Evolution veränderten. Es gelang den Wissenschaftler*innen unter anderem bereits, einen entscheidenden molekularen Schalter zu identifizieren, den sogenannten Wnt-Signalübertragungsweg, der die Regenerationsfähigkeit maßgeblich beeinflusst. Der Plattwurm Dendrocoelum lacteum kann abgetrennte Körperteile nicht ersetzen. Doch stellten die Forschenden den Schalter aus, konnte das Tier seinen Kopf nach Verlust plötzlich vollständig regenerieren.


Mit mutanten Mäusen neurologische Erkrankungen verstehen

Erkrankungen des Nervensystems sind vielfältig und können in jedem Alter auftreten. Einige sind selten, andere, wie Depression oder die Alzheimer-Krankheit, weit verbreitet. Um zu verstehen, wie und warum sie entstehen, kommen häufig Mäuse zum Einsatz. Denn Gene und Proteine von Mensch und Maus, die in der Neuroforschung relevant sind, unterscheiden sich nur minimal und die Eigenschaften von Maus-Nervenzellen ähneln denen menschlicher Nervenzellen sehr.

Bei der Erforschung neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen werden oft mutante Mäuse genutzt, denen beispielsweise fremde Gene zusätzlich eingeschleust (‘Transgene’) oder deren Gene spezifisch modifiziert (‘Knock-In’) oder funktionsunfähig gemacht wurden (‘Knock-out’). Derartige Methoden ermöglichen es, die genetischen Ursachen entsprechender Erkrankungen nachzubilden. Anhand der Veränderungen durch die eingebrachten oder ausgeschalteten Gene können Wissenschaftler*innen Rückschlüsse auf deren Wirkungsweise und Fehlfunktion bei Erkrankungen ziehen.

Auch am MPI-NAT setzen wir mutante Mäuse ein. Die Forschung an den Tieren ermöglicht es, ein tieferes Verständnis für die Ursachen neurologischer Krankheiten zu gewinnen und zur Entwicklung von Behandlungsmöglichkeiten beizutragen. So gelang es unseren Forschenden nachzuweisen, dass bestimmte genetisch verursachte Fehlfunktionen der Signalübertragung zwischen Nervenzellen an sogenannten Synapsen zu Hirnerkrankungen wie Autismus führen können.


Alpakas als „Entwicklungshelfer“ bei der Herstellung von Antikörpern

Antikörper schützen uns vor Krankheiten. Auch in der Wissenschaft und in der medizinischen Diagnostik sind sie ein unverzichtbares Werkzeug und könnten zukünftig als Medikament eingesetzt werden. 

Gewöhnliche Antikörper erkennen ihre Antigene – zum Beispiel bestimmte Molekülstrukturen von Viren oder Bakterien – mithilfe zweier Proteinketten, der schweren und der leichten Kette. Alpakas und andere Kamelarten produzieren jedoch auch einfachere Antikörper, die sich durch molekularbiologische Verfahren im Labor zu sogenannten Nanobodies verkleinern lassen. Fluoreszenz- oder Gold-markiert werden solche Nanobodies eingesetzt, um ein gewünschtes Protein mit höchster Genauigkeit innerhalb einer Zelle zu lokalisieren. Auch für die Medizin sind sie interessant: 2021 stellten unsere Forschenden Mini-Antikörper her, die schon in kleinsten Mengen neutralisierend auf das Coronavirus SARS-CoV-2 wirken. Dass sie sehr stabil sind und extreme Hitze überstehen, macht sie zu einem vielversprechenden Wirkstoffkandidaten, um Covid-19 zu behandeln.

Mitwirkung der Alpakas: Impfung und Blutspende

Zunächst wird ein Alpaka mit dem gewünschten Antigen geimpft, was unserer herbstlichen Grippeschutzimpfung entspricht. Den kleinen „Piks“ spüren die Tiere kaum. Die Antigene werden dabei so präpariert, dass sie für das Alpaka ungefährlich sind. Daraufhin bildet sein Immunsystem Antikörper, um den Fremdkörper abzuwehren. Aus einer kleinen Menge Blut, die dem Alpaka etwa ein Vierteljahr später abgenommen wird, isolieren unsere Forschenden dann die Baupläne dieser Antikörper. Sowohl die Impfung als auch die vierteljährliche Blutspende dauern nur wenige Minuten. Danach hat es seine Aufgabe erledigt und kann zur Herde auf die Weide zurückkehren. Tatsächlich ist die Belastung für ein Tier so gering, dass es im Laufe seines Lebens an mehreren Nanobody-Projekten mitwirken kann, und dies bei guter Lebensqualität und hoher Lebenserwartung. 

Die eigentliche Arbeit findet dann im Labor mithilfe von Enzymen und Bakterien statt. Aus der Blutprobe, die zunächst noch Baupläne für Millionen unterschiedlicher Antikörpervarianten enthält, werden diejenigen heraussortiert, die das Ziel-Molekül erkennen. Bakterien produzieren anschließend im nächsten Schritt die gewünschten Nanobodies in beliebiger Menge. Da die Nanobody-Baupläne an dieser Stelle des Prozesses bekannt sind, kann die Produktion jederzeit wiederholt werden, und das ohne weiteres Zutun eines Alpakas. Noch ein großer Vorteil ist: Aus einer einzigen Blutprobe lassen sich sehr viele verschiedene Nanobodies gewinnen.

Haltung mit Freigelände und Stall

Unsere 22 Alpakas werden auf einem großzügigen Freigelände gehalten, das mit Weide- und Schotterflächen von einem Experten für Tiergartengestaltung artgerecht gestaltet wurde. Dabei haben sie jederzeit Zugang zu ihrem großen Stall. Die zutraulichen Tiere können am frei zugänglichen Gehege neben unserer ehemaligen Kindertagesstätte häufig aus der Nähe beobachtet werden.

Nanobodies aus Alpakas

Alpakas haben besondere Antikörper, die sich zu Nanobodies verkleinern lassen. Diese könnten zukünftig die meistgenutzten Antikörper ersetzen und die Tierzahlen in der Antikörper-Produktion drastisch reduzieren.
 

Neue Erkenntnisse zur sexuellen Fortpflanzung dank Seestern und Maus

Wenn ein Spermium eine Eizelle befruchtet, ist das der Beginn eines neuen Lebens. Dann vereinigen sich die Erbinformationen (DNA) der Eltern: Spermium und Eizelle bringen je eine Kopie ihres Chromosomensatzes (in Menschen bestehend aus 23 Chromosomen) mit, der die DNA trägt. Der entstehende Embryo erhält somit je einen kompletten Satz von mütterlichen und väterlichen Chromosomen (insgesamt also 46). Die Vorläuferzelle der Eizelle, die Oozyte, besitzt allerdings zwei Kopien eines jeden Chromosoms. Vor der Befruchtung muss sie daher die Hälfte ihrer 46 Chromosomen ausschleusen. Dies geschieht, während die Zelle heranreift, in einer spezialisierten Zellteilung, der Meiose. 

Bei Menschen ist dieser Vorgang im Vergleich zu anderen Säugetieren besonders empfindlich und läuft nicht immer korrekt ab. Verbleiben zu viele oder zu wenige Chromosomen in der gereiften Eizelle, drohen Fehlgeburten, Unfruchtbarkeit oder Erkrankungen des Nachwuchses wie das Down-Syndrom. 

Vorteile der Seesternforschung

Um die komplexe Physiologie und Entwicklung beim Menschen zu erfassen, erforschen unsere Wissenschaftler*innen diesen Prozess in Mäusen, aber auch in einfacheren Tierarten, unter anderem in Seesternen. Die Oozyten von Seesternen sind sehr groß und noch dazu transparent. Sie eignen sich so hervorragend für biochemische Experimente und lassen sich sehr gut unter dem Mikroskop beobachten. Auch können die Zellen den Tieren in großen Mengen entnommen werden, denn sie reifen außerhalb des Körpers in Salzwasser heran. Da Seesterne einen kurzen Entwicklungszyklus durchlaufen und mehrere Tausend Eizellen produzieren, reichen wenige Tiere für die Forschung aus. Die kleinen Wunden, die bei den erwachsenen Tieren durch die Entnahme der Eier entstehen, sind bis zum Folgetag ausgeheilt und kaum mehr sichtbar. 

Moderne Mausforschung liefert wertvolle Erkenntnisse bei weniger Tiereinsatz

Mäuse ähneln Menschen wesentlich mehr in ihrer sexuellen Fortpflanzung als Seesterne. Ihr Einsatz in der Forschung trägt dazu bei, zu verstehen, wie Fehler bei der Befruchtung entstehen. Um die Anzahl der eingesetzten Versuchstiere zu reduzieren, wird bei weiblichen Mäusen eine Superovulation herbeigeführt. Dabei werden Hormone injiziert, die mehr Eizellen als normal in den Tieren heranreifen lassen. Diese gelangen dann während des Eisprungs in den Eileiter, wo die Befruchtung erfolgt. Ähnliche Hormonbehandlungen werden auch bei Frauen im Rahmen einer Kinderwunschbehandlung durchgeführt. Die Forschung an Maus-Eizellen lieferte bereits wertvolle Erkenntnisse, warum die Fruchtbarkeit bei Frauen im Alter abnimmt.
Inzwischen werden am Institut für viele Experimente in der Fruchtbarkeitsforschung auch Eizellen von Rindern und Schweinen eingesetzt, da diese in der Eizellentwicklung dem Menschen noch ähnlicher sind. Diese Eizellen isolieren unsere Forschenden aus Ovarien, die aus Schlachtabfällen (ohne vorherige Hormonstimulation) stammen.

 

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