Tiere in der Forschung

Mäuse sind die in der Forschung am häufigsten eingesetzten Tiere – auch an der Universität Basel. Die Mäusestämme im Labor stammen ursprünglich von der Hausmaus ab, sind jedoch genetisch viel einheitlicher. Dies hilft den Forschenden beim Vergleich und der Interpretation der Versuche.

Aufgrund der gemeinsamen Abstammungsgeschichte weisen Mäuse eine hohe Ähnlichkeit mit dem Menschen auf – etwa 80 Prozent der Gene stimmen überein. Auch die allermeisten biologischen Vorgänge funktionieren bei Mäusen nach den gleichen Prinzipien wie beim Menschen. Dies gilt sowohl für biochemische und zelluläre Prozesse als auch für komplexe Systeme wie etwa das Herz-Kreislaufsystem, die Immunantwort, das Nervensystem oder die Nieren. Deshalb kommen Mäuse in den verschiedensten Fachgebieten zum Einsatz, um grundlegende biologische Vorgänge besser zu verstehen.

Mäusen eignen sich vor allem aber auch dafür, mehr über die Ursache und den Verlauf von menschlichen Krankheiten herauszufinden: Viele Krankheiten des Menschen kommen natürlicherweise auch bei Mäusen vor. Andere Erkrankungen imitieren die Forschenden, indem sie das Erbgut der Mäuse gezielt verändern. Hierfür hat die Wissenschaft in den letzten Dekaden immer besseren Techniken entwickelt: Heutzutage können Forschende je nach Forschungsfrage Gene einfügen, herausschneiden oder an- und ausschalten.

Dies ermöglicht den Forschungsgruppen der Universität Basel, mit Hilfe von Mäusen die Mechanismen von Krankheiten wie Krebs, Alzheimer, Multiple Sklerose, Herzkrankheiten oder psychiatrische Erkrankungen besser zu verstehen und neue Therapieansätze zu entwickeln.

Ratten weisen ebenso wie Mäuse eine weitreichende genetische Ähnlichkeit zum Menschen auf. Da sie grösser sind als Mäuse, eignen sie sich besonders für Versuche, bei denen eine grosse Menge an Probenmaterial benötigt wird, um verlässliche Daten zu erhalten. Auch in der Verhaltensforschung arbeiten Forschende mit Ratten: Ihre Lernfähigkeit weist eine hohe Übereinstimmung mit dem Menschen auf.

Die Forschung an Hühnerembryos hat eine lange Tradition in der Entwicklungsbiologie. Durch ein in die Eierschale geschnittenes Fenster lässt sich gut beobachteten, wie aus einem befruchteten Ei ein Küken heranwächst − beispielsweise wie sich die Knochenzellen des Skeletts herausbilden. Hierzu setzen die Forschenden moderne gentechnische und bildgebende Methoden ein. Die Arbeit mit Eiern hat den Vorteil, dass keine Muttertiere getötet werden müssen, um an die Embryos zu gelangen.

Einige Arbeitsgruppen der Universität Basel nutzen Zebrafische für ihre Forschung. Mit diesen lassen sich eine Vielzahl von Fragestellungen der Entwicklungsbiologie untersuchen, da sich die Eier ausserhalb des Mutterleibs entwickeln und durchsichtig sind. Unter dem Mikroskop können die Forschenden so die Entwicklung der Zellen und Organe im Embryo live mitverfolgen – und zum Beispiel beobachten, wie Blutgefässe wachsen und sich miteinander vernetzen.

Obwohl Zebrafische stammesgeschichtlich vom Menschen weiter entfernt sind als Mäuse, gehören sie auch zu den Wirbeltieren und rund 70 Prozent der Gene kommen in ähnlicher Form bei beiden Spezies vor. Einen Grossteil der Gene, die beim Menschen Krankheiten auslösen können, gibt es auch im Fisch. Da Zebrafische sich leicht genetisch verändern lassen, klären Forschende mit diesen Tieren sehr häufig die Funktion von bestimmten Genen − besonders im Zusammenhang mit Erbkrankheiten.

Neben dieser klassischen Versuchstierart arbeiten einige Forschungsteams der Universität Basel auch mit anderen Fischarten, wie der Schwarzmeergrundel und verschiedenen Buntbarscharten. Die Studien mit Schwarzmeergrundeln geben Auskunft über die Ausbreitungsmechanismen dieser invasiven Art in den hiesigen Gewässern und die Auswirkung auf die einheimischen Lebensräume. Mit Hilfe der Buntbarsche, die ursprünglich aus dem afrikanischen Tanganjikasee stammen, wollen Evolutionsforschende herausfinden, wie sich neue Tierarten entwickeln und an ihre Umwelt anpassen.

Im Haushalt ist die Fruchtfliege Drosophila melanogaster eine lästige Plage. Im Labor hingegen wird sie seit über hundert Jahren erfolgreich für genetische Studien eingesetzt. Die Fliegengenetik ist für die Erforschung des Zellzyklus, der Entwicklung oder in den Neurowissenschaften von grosser Bedeutung. So hat der Basler Biologe Walter Gehring mit Hilfe der Fliege eine Gruppe von Genen entdeckt, die die Embryonalentwicklung bei Tier und Mensch kontrollieren.

Die Fruchtfliege trägt auch zum Verständnis der molekularen und zellulären Mechanismen menschlicher Krankheiten bei, denn 75 Prozent der Gene, die beim Menschen eine Krankheit verursachen können, existieren auch in der Fruchtfliege − bei Krebserkrankungen sind es sogar 90 Prozent.

Trotz dieser Vorteile findet sich die Fruchtfliege eher selten in der biomedizinischen Forschung, da sich die Systeme und Organe der Fliege zu stark von denjenigen des Menschen unterscheiden.

Der nur einen Millimeter grosse Fadenwurm Caenorhabditis elegans ist aufgrund seiner transparenten Hülle und seiner Einfachheit ein weltweit verbreiteter Modellorganismus, um gezielt die Funktion von Genen zu erforschen. Er besteht lediglich aus knapp 1000 Zellen, deren individuelle Herkunft und Entwicklung den Forschenden genau bekannt ist − so ergibt sich ein vollständiges Bild, wie aus einer einzelnen Zelle ein ganzer Organismus entsteht.

Das einfache Nervensystem des Fadenwurms erlaubt es etwa, die Auswirkung der von Genen auf die Entwicklung von Nerven im Detail zu untersuchen. Einen zentralen Beitrag leistete der Fadenwurm auch bei der Entdeckung des programmierten Zelltods – einem Prozess, durch den vorbestimmte Zellen während der Entwicklung absterben. Das Fehlen eines erworbenen Immunsystems und die geringe Komplexität der Organe führen jedoch dazu, dass C. elegans in der biomedizinischen Forschung nur für spezifische Fragestellungen zum Einsatz kommt.

In der ökologischen Forschung hat sich der Wasserfloh Daphnia magna zu einem wichtigen Modellorganismus entwickelt. Mit Methoden der Umweltgenomik untersuchen Forschende grundlegende Mechanismen der Evolution − etwa wie sich Organismen an veränderte Umweltbedingungen anpassen oder wie Wirt und Parasit sich gegenseitig in ihrer Evolution beeinflussen.