Eine Einführung in die Labormaus: Mus musculus

Biology II

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Summary

Mäuse (Mus musculus) sind ein wichtiges Werkzeug für die Forschung, um die Entwicklung und das Fortschreiten von humanen Krankheiten im Labor darzustellen. Auch wenn ihre Größe und ihr Aussehen sehr Unterschiedlich sind, teilen Mäuse eine klare genetische Ähnlichkeit mit uns Menschen. Außerdem vermehren sie sich und reifen sehr schnell, weshalb sie auch effiziente und wirtschaftlich sinnvolle Säugetiere für die wissenschaftliche Untersuchung sind.

Dieses Video gibt einen kurzen Überblick über die Mäuse, sowohl als Organismus, als auch mit Hinsicht auf ihre vielen Vorteile als experimentelle Modelle. Die Diskussion führt die gemeinen Mäuselinien, einschließlich der Nacktmäuse ein, die durch ihre genetische Zusammensetzung sowohl haarlos als auch immungeschwächt sind. Eine kurze Geschichte der Mausforschung wird erzählt, was von ihrer ersten Nutzung für genetische Experimente bis zu Nobelpreis gewinnenden Entdeckungen in der Immunologie und Neurobiologie reicht. Zum Schluss präsentieren wir repräsentative Beispiele von verschiedenen Forschungsrichtungen, die in Mäusen ausgeführt werden können, wie zum Beispiel verhaltensbiologische Experimente in dem Morris Wasserlabyrinth und eine tiefgreifende Untersuchung der Embryoentwicklung von Säugetieren.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Biologie 2:Maus, Zebrabärbling und Küken. Eine Einführung in die Labormaus: Mus musculus. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Ca. 90% aller in der Wissenschaft benutzten Tiere sind Nagetiere, und Mäuse stellen die Mehrheit dieser Gruppe dar. Mäuse sind einfach und preiswert zu halten, und ihre Genetik ist derer des Menschen sehr ähnlich. Darüber hinaus machen ihre kurze Generationsspanne und hohe Fruchtbarkeit die Mäuse zu idealen Kandidaten für genetische Manipulationen und Untersuchungen. Dieses Video stellt einen Überblick über die Maus als Modellorganismus dar, und erläutert einige Anwendungen für die biologische und biomedizinische Forschung.

Die gemeine Hausmaus, oder Mus musculus, gehört zu der Säugetierklasse der Wirbeltiere. Mäuse sind in der größten Ordnung der Säugetiere vorzufinden: die Nagetiere. Nagetiere haben große Schneidezähne, welche während ihrer ganzen Lebensspanne wachsen. Mäuse sind eine der kleinsten Säugetiere, die etwa 1g bei der Geburt wiegen und maximal ca. 25–40 g im Erwachsenenalter erreichen.

Im Vergleich zu anderen Säugetieren ist der Lebenszyklus der Maus relativ kurz. Ihre Tragezeit ist ca. 18–21 Tage. Die Jungtiere werden ohne Haare und blind geboren. Sie trinken Muttermilch in den ersten Lebenswochen und entwickeln sich in ca. 8 Wochen zu fortpflanzungsfähigen Erwachsenen.

Wegen ihrer Fähigkeit sich mehreren Umweltbedingungen anzupassen, kommen Mäuse auf allen Kontinenten außer in der Antarktis vor. Als symbiotische Art leben Mäuse häufig in der Nähe von Menschen, ob es wir wollen oder nicht

Weshalb sind diese bekannten, kleinen Tiere so nützlich für die Forschung? Die Fähigkeit von Mäusen schnell eine relativ große Anzahl von Nachkommen zu erzeugen, ermöglicht es schnell und preiswert eine Kolonie von Tieren für die wissenschaftliche Forschung herzustellen.

Da die Mäuse zusätzlich auch sehr klein sind, kann die Kolonie außerdem auf kleinstem Raum gehalten werden, was für die meisten Säugetiere nicht der Fall ist. Auch wenn wir äußerlich ziemlich verschieden sind, haben Mäuse und andere plazentare Säugetiere eine bemerkenswerte genetische Ähnlichkeit zu uns Menschen.

Das Maus Genom ist komplett sequenziert, was die genetische Manipulation zur Herstellung von „Knockoutmäusen“ vereinfacht, in welchen das Genom modifiziert oder spezielle Segmente, die für spezifische Gene kodieren, mit selektierbaren Markern ersetzt werden, wodurch das Gen abgeschaltet wird.

Mit Knockoutmäusen können wir die physiologischen Erfordernisse eines einzelnen Genprodukts untersuchen, wie beispielsweise in diesem Experiment hier, in welchem Unterschiede in der embryonalen Herzfrequenz in der Abwesenheit des Proteins Furin untersucht werden. Es existieren viele durch Inzucht erzeugte Mauslinien. Ihre Gleichheit bedeutet dass Variablen, welche durch die genetische Vielfalt in einzelnen Mäusen erzeugt wird, eliminiert werden. Die Benutzung dieser Linien verbessert die experimentelle Reproduzierbarkeit.

Aber welche Linie sucht man sich für ein Experiment aus? Die Antwort hängt von mehr als eurer Lieblingsfellfarbe ab. Es kann sogar sein, dass man eine Maus ganz und gar ohne Fell braucht.  Die genetischen Gegebenheiten dieser kleinen Tiere, die auch als „Nacktmäuse“ bekannt sind, führen zu der fehlenden Behaarung. Sie sind außerdem stark in ihrer Immunantwort beeinträchtigt. Dadurch sind Nacktmäuse bessere Wirte für in vivo Experimente, in welchen fremde Gewebe eingefügt werden, wie in dieser Untersuchung, in welcher das Anwachsen von fluoreszenten Krebszellen untersucht wird.

Nun dass ihr versteht wie wichtig Mäuse für die Wissenschaft sind, zeigen wir euch welche wichtigen Entdeckungen Forscher mir der Maus als Modellorganismus gemacht haben.

William E. Castle war Anfang des 20. Jahrhunderts der erste Forscher der Mäuse benutzt hat, um Genetik im Labor zu erforschen. Castle und seine Studenten haben viele Mäuse für die Forschung von Abbie Lathrop erhalten, einer Mäuseliebhaberin, die ihre Mäuse als Haustiere aus ihrer nahegelegenen Wohnung verkauft hat. Interessanterweise werden einige der Linien, wie zum Beispiel die C57BL/6J Linie, heute immer noch im Labor benutzt.

In den späten 20er Jahren hat Sir Alexander Fleming die antibiotischen Eigenschaften von Penizillin mit Bakterien auf einer Petrischale entdeckt. Es war jedoch erst 10 Jahre später dass Howard Florey und Ernst Chain das pharmakologische Potenzial von Penizillin durch die Heilung von Mäusen , die mit hemolytischen Streptococcen infiziert waren, bestätigt haben. Im Jahr 1945 wurden Fleming, Florey und Chain mit dem Medizinnobelpreis für ihre Forschung in der Biomedizin ausgezeichnet.

Zur etwa gleichen Zeit als Antibiotika entdeckt wurden, hat George Snell eine chromosomale Region, die als Haupthistokompatibilitätsregion bekannt ist, beschrieben, welche Rezeptoren kodiert, die der Immunantwort helfen fremde Eindringlinge zu erkennen. In Menschen werden diese als Humane Leukzyten Antigene bezeichnet, und spezifische Varianten der Rezeptoren sind eng an Autoimmunkrankheiten gekoppelt, in welchen die eigenen Gewebe fälschlicherweise als fremd identifiziert werden.

Rolf Zinkernagel und Peter Doherty haben dann ein Mausmodell benutzt, um zu zeigen dass die Antigenerkennung durch die T-Zellen die Immunantwort aktiviert. Im Jahr 1997 hat Stanley Prusiner den Nobelpreis für die Identifizierung von Prionen, also falsch gefalteten, infektiösen Proteinen erhalten. Die Entdeckung wurde in Mäusen, die mit der ansteckenden neurodegenerativen Traberkrankheit infiziert waren, gemacht.

Mäuse waren auch ausschlaggebend in der Arbeit von Richard Axel und Linda Buck, welche zuerst die große Familie der Geruchsrezeptoren kloniert haben. Die Proteine werden von Neuronen in dem olfaktorischen Epithel exprimiert und werden durch die Bindung von inhalierten Duftstoffen aktiviert. Buck und Axel haben außerdem unser Verständnis vorangebracht, wie die Signale von diesen Rezeptoren an die neuronalen Kreisläufe weitergeleitet werden. Im Jahr 2004 wurden sie für ihre bahnbrechenden Entdeckungen mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Nun dass wir gesehen haben wie mit Mäusen einige wichtige historische Entdeckungen gemacht wurden, schauen wir uns an bei welcher Forschung heutzutage Mäuse benutzt werden. Mäuse werden häufig für die Verhaltensforschung verwendet.

Mäuse eignen sich sehr gut, um das Gleichgewichtsvermögen zu messen. Sie werden auch benutzt, um zu untersuchen wie das Gehirn Erinnerungen abruft und vermerkt. Dazu wird zum Beispiel dass Morris Wasserlabyrinth benutzt. In diesem Test der räumlichen Merkfähigkeit werden Mäuse trainiert, um visuelle Hinweise zu benutzen und damit einen Plattform zu finden und dadurch dem Wasser zu entkommen.

Da unsere Immunsysteme ähnlich sind, sind Mäuse auch ein gutes System, um Infektionskrankheiten zu untersuchen. In diesem Beispiel fressen Mäuse Brot, das mit Listerien verunreinigt ist. Danach werden verschiedene Gewebe analysiert, um zu untersuchen mit welchen

Mechanismen sich die Lebensmittelerreger durch den Körper verbreiten. Mäuse können auch benutzt werden, um das Fortschreiten von viralen Infektionen zu untersuchen. In dieser Studie werden Mäuse durch die Nase mit dem Herpesvirus infiziert, um den physiologischen Kontakt mit dem Krankheitserreger nachzustellen.

Unsere hohe genetische Ähnlichkeit ist nicht nur wichtig, um humane Krankheiten zu untersuchen, sondern auch, um durch das verstehen der Mausentwicklung die menschliche Entwicklung besser zu verstehen. Zum Beispiel können embryonale Kiefer präpariert werden und in Kultur gewachsen werden, um die frühe Zahnentwicklung besser zu verstehen.

Das war JoVE’s Einführung in Mus musculus.  In diesem Video haben wir die allgemeinen Eigenschaften von Mäusen, wieso sie so beliebt im Labor sind, welche wichtigen Entdeckungen mit diesem Modell gemacht worden sind, und einige Wege, wie sie in der jetzigen Forschung verwendet werden, behandelt. Wie immer, danke dass ihr euch JoVE’s wissenschaftliche Bildung angeschaut habt.

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