Eine Einführung zur Labormaus: Mus musculus

Nagetiere machen etwa 90 % aller in der Forschung verwendeten Tiere aus, der Großteil davon sind Mäuse.

Mäuse sind einfach und kostengünstig zu pflegen, und ihre genetische Ähnlichkeit mit dem Menschen, gepaart mit ihrer kurzen Generationszeit und hohen Fruchtbarkeit, machen sie zu idealen Kandidaten für genetische Manipulation und Studien.

Dieses Video gibt einen Überblick über die Maus als Modellorganismus und diskutiert einige ihrer vielfältigen Anwendungen in der biologischen und biomedizinischen Forschung.

Die gemeine Hausmaus, Mus musculus, gehört zur Klasse der Säugetiere. Mäuse sind in der größten Ordnung der Säugetiere zu finden: Nagetiere, die sich durch große Schneideschränke auszeichnen, die während des gesamten Lebens des Tieres kontinuierlich wachsen.

Mäuse gehören zu den kleinsten Säugetieren, wiegen bei der Geburt durchschnittlich 1 g und erreichen im Erwachsenenalter ihr Spitzengewicht von etwa 25 – 40 g.

Im Vergleich zu anderen Säugetieren ist der Lebenszyklus der Maus zudem relativ kurz. Die Tragzeit dauert nur 18 – 21 Tage, dann werden die Welpen haarlos und blind geboren. Während sie sich in den ersten Lebenswochen von der Milch ihrer Mutter ernähren, entwickeln sich die Jungtiere bereits im Alter von 8 Wochen zu geschlechtsreifen Erwachsenen.

Aufgrund ihrer Fähigkeit, sich an eine Vielzahl von Umgebungen anzupassen, sind Mäuse auf allen Kontinenten außer der Antarktis zu finden. Als kommensale Spezies leben Mäuse häufig in enger Gemeinschaft mit dem Menschen; Ob es uns gefällt oder nicht!

Warum also sind diese vertrauten Kreaturen in der Forschung so beliebt?

Die Fähigkeit von Mäusen, schnell eine große Anzahl von Nachkommen zu produzieren, ermöglicht die schnelle und kostengünstige Erzeugung einer Tierkolonie für wissenschaftliche Untersuchungen. Die Tatsache, dass die Mäuse so klein sind, bedeutet außerdem, dass die Kolonie auf kleinstem Raum untergebracht werden kann. Das Gleiche kann man von den meisten Säugetieren nicht sagen.

Trotz unserer beträchtlichen körperlichen Unterschiede haben Mäuse und andere Plazenta-Säugetiere eine verblüffende genetische Ähnlichkeit mit dem Menschen. Das Genom der Maus wurde vollständig sequenziert, was genetische Manipulationen wie die Erzeugung von “Knockout” ermöglicht. Mäuse, deren Genom so verändert wird, dass ein Segment, das für bestimmte Gene kodiert, durch selektierbare Marker ersetzt wird, wodurch dieses Gen ausgeschaltet wird.

Anhand von Knockout-Mäusen können wir den physiologischen Bedarf an einzelnen Genprodukten beurteilen, wie in diesem Experiment, bei dem Veränderungen der embryonalen Herzfrequenz gemessen werden, die durch das Fehlen des Enzyms Furin verursacht werden.

Es gibt viele Familien von Inzuchtmausstämmen. Da ihre Einheitlichkeit die Variablen eliminiert, die durch die genetische Vielfalt zwischen einzelnen Mäusen eingeführt werden können, verbessert die Verwendung dieser Stämme die experimentelle Reproduzierbarkeit.

Aber welchen Stamm wirst Du für Dein Experiment wählen? Die Antwort hängt von mehr als Ihrer Lieblingsfellfarbe ab. Vielleicht möchten Sie sogar eine Maus ohne Fell! Das Erbgut dieses kleinen Tieres, das als Nacktmaus bekannt ist, führt zu fehlenden Haaren, aber auch zu einem stark geschwächten Immunsystem. Infolgedessen dienen Nacktmäuse als bessere Wirte für In-vivo-Experimente, bei denen fremdes Gewebe eingeführt wird, wie in dieser Studie, die die Transplantation von fluoreszierenden Krebszellen überwacht.

Nachdem Sie nun verstanden haben, wie wichtig Mäuse für die Wissenschaft sind, lassen Sie uns über einige aufregende Entdeckungen sprechen, die Forscher mit diesen Modelltieren gemacht haben.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war William E. Castle der erste Wissenschaftler, der Mäuse verwendete, um die Genetik im Labor zu untersuchen. Castle und seine Studenten erhielten viele ihrer Forschungsobjekte von Abbie Lathrop, einer Züchterin, die Mäuse als Haustiere von ihrem nahe gelegenen Haus aus verkaufte. Interessanterweise werden einige dieser Stämme, wie z. B. die C57BL/6J-Linie, auch heute noch häufig in Forschungslabors verwendet.

In den späten 1920er Jahren hatte Sir Alexander Fleming die antibiotischen Eigenschaften von Penicillin mit Hilfe von Bakterien in einer Petrischale entdeckt, aber erst fast 10 Jahre später bestätigten Howard Florey und Ernst Chain sein pharmakologisches Potenzial, indem sie Mäuse heilten, die mit hämolytischen Streptokokken infiziert waren.

1945 wurden Fleming, Florey und Chain für ihre mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Beiträge auf dem Gebiet der Biomedizin ausgezeichnet.

Etwa zur gleichen Zeit, als Antibiotika entdeckt wurden, beschrieb George Snell erstmals eine chromosomale Region, die als Haupthistokompatibilitätskomplex bekannt ist und Rezeptoren kodiert, die Immunzellen helfen, fremde Eindringlinge zu erkennen. Spezifische Varianten dieser Rezeptoren, die beim Menschen als humane Leukozytenantigene bekannt sind, werden mit Autoimmunerkrankungen in Verbindung gebracht, bei denen das Wirtsgewebe fälschlicherweise als fremd identifiziert wird.

Rolf Zinkernagel und Peter Doherty konnten dann anhand eines Mausmodellsystems feststellen, dass die Antigenerkennung durch die T-Zellen des Immunsystems für die Initiierung der Immunantwort verantwortlich ist.

1997 erhielt Stanley Prusiner den Nobelpreis für die Identifizierung von Prionen ? fehlgefaltete, infektiöse Proteine ? bei Mäusen, die mit der neurodegenerativen Erkrankung Scrapie infiziert waren.

Mäuse waren auch maßgeblich an der Arbeit von Richard Axel und Linda Buck beteiligt, die als erste die große Familie der Geruchsrezeptorgene klonierten. Diese Proteine, die von Neuronen im olfaktorischen Epithel exprimiert werden, werden durch Bindung an inhalative Geruchsstoffe aktiviert. Buck und Axel haben auch unser Verständnis davon, wie die von diesen Rezeptoren erzeugten Signale durch unsere neuronalen Schaltkreise weitergeleitet werden, erheblich verbessert. 2004 erhielten sie für ihre bahnbrechenden Entdeckungen den Nobelpreis.

Nachdem Sie nun gesehen haben, wie die Arbeit an Mäusen in der Vergangenheit einige bahnbrechende Experimente hervorgebracht hat, werfen wir einen Blick auf einige der Arten von Forschung, die heute an Mäusen durchgeführt werden. Zunächst einmal werden Mäuse häufig in der Verhaltensforschung eingesetzt.

Mäuse eignen sich zum Beispiel hervorragend als Modelle für die Messung des motorischen Gleichgewichts. Sie werden auch verwendet, um zu untersuchen, wie das Gehirn Erinnerungen aufzeichnet und abruft, mit Verhaltensparadigmen wie dem Morris-Wasserlabyrinth. Bei diesem Test des räumlichen Gedächtnisses werden Mäuse darauf trainiert, visuelle Hinweise zu verwenden, um eine Plattform zu lokalisieren und aus einem Wasserbecken zu entkommen.

Da unser Immunsystem ähnlich funktioniert, sind Mäuse auch gute Systeme für die Erforschung von Infektionskrankheiten. In diesem Experiment essen Mäuse beispielsweise mit Listerien kontaminiertes Brot und dann werden verschiedene Gewebe gesammelt, um den Mechanismus zu untersuchen, durch den sich dieser durch Lebensmittel übertragene Erreger im Körper ausbreitet.

Mäuse können auch zur Untersuchung des Fortschreitens von Viruserkrankungen verwendet werden. In dieser Studie werden Mäuse intranasal mit Herpesviren infiziert, um die physiologische Exposition gegenüber dem Erreger nachzuahmen.

Unsere hohe genetische Ähnlichkeit ist nicht nur für die Erforschung menschlicher Krankheiten wichtig. Das Verständnis der Entwicklung von Mäusen kann auch unser Verständnis der menschlichen Entwicklung verbessern. In dieser Studie werden beispielsweise embryonale Kiefer geschnitten und in Kultur gezüchtet, um die frühe Zahnentwicklung besser sichtbar zu machen.

Sie haben gerade die Einführung von JoVE in Mus musculus gesehen. In diesem Video haben wir über die allgemeinen Eigenschaften von Mäusen gesprochen, warum sie im Labor so beliebt sind, über bahnbrechende Entdeckungen, die in diesem Modell gemacht wurden, sowie über einige der Möglichkeiten, wie Mäuse heute in der Forschung eingesetzt werden. Wie immer, vielen Dank, dass Sie JoVE Science Education gesehen haben!