Life Sciences Innovations

Biotech – made in USA Transgene Tiere als Modellorganismen Richard E. Schneider*)

  1. Wissenschaftsjournalist, Brunnenstr. 16, 72074 Tübingen, Tel. 07071 253015.
Biotech-Experten aus den USA, China, Japan und Russland entwickelten ein aktuelles Bild von der Biotech-Forschung im Mittleren Westen der USA. Das Thema Transgene Tiere wurde ebenso erörtert wie die Zukunft einer sicheren, preiswerten und zufriedenstellenden Ernährung des Menschen.

Besseres Essen für alle

In seinem Einleitungs-Referat erörterte

Dr. Justin Chesnut,

Vorstandsvorsitzender von Elanco, die Bedürfnisse einer nach wie vor konstant wachsenden Weltbevölkerung. Er stellte fest, dass heute zur Herstellung von 1 Gallone Milch (= ca. 3,7 l) im Vergleich zum Jahr 1944 rund 65 % weniger Wasser und 90 % weniger Land benötigt werden. Dann entwarf er ein sehr nüchternes Bild der Zukunft im Jahr 2050. „Die heute verfügbare Weltproduktion an Nahrungsmitteln muss in weniger als 40 Jahren verdoppelt werden, um die dann vorhandene, angewachsene Weltbevölkerung zu ernähren“, erläuterte

Dr. Chestnut.

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Als neue Eckpunkte nannte er drei neue Grundrechte des Menschen:

1. Korrekte Ernährung .

2. Wahl bzw. Auswahl der Nahrungsmittel.

3. Nachhaltigkeit.

Im Namen seiner Mitstreiter forderte er einen persönlichen, direkten Zugang zu den Ernährungsproblemen und -fragen dieser Welt. Auch sollte die menschliche Nahrungskette stärker in die einzelnen Abläufe der Ernährungsfragen eingebunden werden und schließlich sollte die Unterstützung von 99 % der Weltbevölkerung, die seiner Argumentation zugänglich sind und sie unterstützen, eingefordert werden.

Im sich anschließenden Beitrag von

Dr. John Swart

ging es um die gegenwärtig verfügbaren Modelle zu den Erkrankungen des Menschen. Gegenwärtig gibt es 68 „künstlich erzeugte Lebewesen“ in den USA, die an verschiedenen Orten, meist Universitätsinstituten, gehalten werden.

Dr. Swart

stellte neue Fortschritte im Verständnis der Ursachen von Erkrankungen fest, ebenso wie die Entwicklung neuer Therapieansätze und Präventionsmechanismen. Dennoch sei festzuhalten, dass es bisher noch nicht gelang, den Phänotyp des Menschen integral zu reproduzieren. Auch seien die Fortschritte im Bereich der translationalen Wertschöpfung noch sehr bescheiden. Bisher gebe es beispielsweise noch keine Tiermodelle, die menschliche Erkrankungen exakt widerspiegelten. So entwickeln beispielsweise Mäuse generell keine Lungen- oder Pankreas-Erkrankungen. Neue Wege in der Diagnostik, bei der Entwicklung von Therapien, von neuen Ersatz- und Ergänzungsmitteln speziell für ältere Patienten sowie bei der Prävention von Erkrankungen müssten beschritten werden. Um weitere Entdeckungen und medizinische Fortschritte zu fördern, müsse insbesondere die Wirksamkeit der neuen Verfahren, Geräte und Therapien erhöht werden.

Desungeachtet geht die Entwicklung eines menschlichen Phänotyps weiter: Was bei der Maus nicht möglich war, soll nun in der Ziege studiert und näher untersucht werden. An bereits vorhandenen Tiermodellen für bestimmte Erkrankungen nannte

Dr. Swart:

Zystische Fibrose, Lebererkrankungen, Herzerkrankungen, Arrhythmien des Herzens, Krebserkrankungen, neurologische Erkrankungen sowie muskuläre Dystrophien.


Transgene Ziegen zur Bekämpfung atrieller Fibrosen

Die aus Krasnodar (Russland) gebürtige Wissenschaftlerin

Dr. Irina Polejaeva

sprach über die Entwicklung transgener Ziegen für die Behandlung atrieller Fibrosen. Beim Menschen steigt mit zunehmendem Lebensalter diese Erkrankung exponentiell an. Bei den Todesfällen von Herzerkrankungen ist sie verdoppelt, bei Herzattacken gar um das Fünffache erhöht und bei Herzversagen machen sie immerhin noch 27 % aus. In den USA entstehen dadurch jedes Jahr Kosten von 14,65 Mrd. Dollar.


Deshalb wurde an der University of Utah ein multidisziplinärer Arbeitskreis für Herzrhythmus-Störungen gebildet, zu dem auch

Dr. Polejaeva

stieß. Im Rahmen ihrer Forschungsarbeiten kam zu Tage, dass sich Ziegen besser als Schweine eignen, um diese Erkrankung im Tiermodell abzubilden. Anstatt durchschnittlich 80 Tagen benötigen Ziegen nur 25,5 Tage, bis sie spezielle, auf den Menschen zugeschnittene Krankheiten entwickeln. Weiter wirken die verabreichten Medikamente bei ihnen besser, um die ventrikuläre Antwort zeitlich zu begrenzen. Ebenso wenig kam es bei Ziegen zu Herzversagen, wenn eine nodale Blockierung erfolgte.

Bei Schweinen kommt es jedoch rasch zu Fällen von Herzversagen, was die Etablierung sog. Langzeit-Modelle erschwert.

Dr. Polejaeva

gelang jedoch ein großer Fortschritt. Sie konnte transgene Ziegen durch Klonierung herstellen“. Der präbiotische Faktor ist sehr wirkungsmächtig, wie sich zeigte, und er spielt eine wichtige Rolle bei der Fibrose des Myokards. Fibrosen sind weiter verbunden mit Ischämien, Herzinfarkten, Kardiomyopathien und Herzversagen. Nach der rundum geglückten „Herstellung“ der beiden transgenen Ziegen darf man auf die weiteren Fortschritte bei der Bekämpfung von Fibrosen gespannt sein.


Einsatz transgener Schweine

Transgene Schweine werden in USA extensiv als biomedizinische Modelle genutzt, z. B. bei Xenotransplantationen, zystischen Fibrosen, Herz-Kreislauferkrankungen, Krebs oder für die Toxikologie, berichtete Prof. Randall S. Prather, University of Missouri/Columbia.

Zunächst ein kurzer Blick auf die genetische Ausrichtung des Schweins: Phylogenetisch steht es dem Menschen drei Mal näher als die Maus. Deshalb wird es gerne als Modell für präklinische Studien genutzt. So existieren bereits Ossabaw Island-Schweine mit Diabetes Typ-2-Erkrankungen sowie Schweine-Modelle mit permanent erhöhtem Cholesterol-Spiegel. Ein Schwein genetisch zu verändern sei relativ problemlos zu bewerkstelligen, sagte

Prof. Prather:

Es erhält eine pronukleare Injektion, eine Transfektion mit Sperma, eine Oozyten-Transfektion sowie die genetische Veränderung mit dem Nuklear-Transfer der somatischen Zelle.

Es existiert bereits eine Vielzahl von Verfahren wie z. B. die homologe Rekombination, um neue Organismen herzustellen.

Prof. Prather

meint, wenn ein Protein eine Erkrankung verändern, wenn nicht gar heilen kann, dann kann es wahrscheinlich auch gentechnisch oder auf andere Weise hergestellt werden. Weiter nannte er noch einige andere Einsatzgebiete für transgene Schweine an seiner Universität: An erster Stelle sind die Xenotansplantationen zu nennen, aber auch

Retinitis pigmentosa

sowie eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Erkrankungen, z.B. ein verbessertes Immunsystem. Dies sind die Schwerpunkte seiner eigenen Forschungsarbeiten. Doch stellen auch kardiovaskuläre Erkrankungen, Diabetes, Krebs sowie neue Pharmaka wichtige neue Ansatzpunkte für Diagnose- und Therapieformen dar. Für Organtransplantationen, die an seiner Forschungsstätte gar nicht selten sind, werden z.B. die Zuckermoleküle auf der Oberfläche jeder Zelle des transplantierten Organs entfernt. So können keine Antikörper andocken und das Organ wird nicht abgestoßen.


Biomedizinische Anwendungen von transgenen Tiere

Weshalb Schafe sich als transgene Modelle besonders gut eignen, erläuterte

Dr. Zhong de Wang,

University of Utah, in seinem Vortrag. Er wies darauf hin, dass das erste Tiermodell zur Darstellung von hämatopoietischen Zellhaufen durch die Transplantation eines Uterus hergestellt worden war (

Zanjani et al.,

1982). Insbesondere sprechen häufig geübte, fetale Operationsverfahren, eine bessere Toleranz der chirurgischen Operation, eine In-vivo-Ausbreitung hämatopoietischer Stammzellen und ihre Differenzierung sowie last, but not least, die vieljährige Erfahrung und eine breite Basis verfügbarer Dateien für den Einsatz von Schafen. Im Detail sei beachtenswert, dass sich Körpergröße und Gestationszeitraum beider Lebewesen ähneln. Weiter könne das Schaf als größeres Tier durchaus als Bioreaktor für menschliche Zellen dienen. Einschränkend sei jedoch zu beachten, dass Einpflanzungen in Schafen vom Wildtypus nicht oft glücken. Anschließend erläuterte

Dr. Zhong,

auf welchem Weg ein immun-defizientes Schaf hergestellt werden kann, nämlich indem man das RAG2-Gen ausschaltet (K.O.-System).

Ausblick auf weitere Fortschritte

Anschließend gab

Dr. Zhang

einen Ausblick auf mögliche Anpassungsfähigkeiten des menschlichen Immunsystems an Tiere mit einem Defekt des Immunsystems. Hier sei noch viel Aufklärungsarbeit nötig. Zunächst müsse das Immunsystem des Menschen in seiner grundsätzlichen Bedeutung noch besser verstanden werden. Auch dessen Entwicklung und insbesondere Störungen des Immunsystems müssen weiter aufgeklärt und besser verstanden werden. Schließlich seien weitere Untersuchungen von Infektionskrankheiten mit einer Menschen-spezifischen Komponente wie HIV, Hepatitis C und Dengue-Fieber vonnöten. Genauer zu untersuchen sind vor allem die

 Pathogenese.

 Entwicklung von Impfstoffen.

 Klinische Prüfungen von Wirkstoffen oder andere therapeutische Eingriffe.

Für einen Einsatz der regenerativen (Ersatz-)Medizin müsse das regenerative Potential der Stammzellen in einer in-vivo-Testreihe weiter geprüft werden. Schließlich stellte sich noch das junge Biotech-Unternehmen BioDak aus Kimball, South Dakota, vor. Es wurde erst im Jahr 2006 gegründet und ging mit dem Unternehmen Kyowa Hakko Kirin Company LTD (Hematech) ein patentrechtliches Abkommen ein. Demzufolge kann es deren Patente auf Rinder nutzen. Gegenwärtig liefert BioDak Rinderseren und -Reagenzien für die Forschung sowie für die veterinärärztliche und die pharmazeutische Industrie. Geliefert werden

 Prion-freie und/oder Antikörper-freie Seren für Rinder, Plasma oder Blut.

 Prion- und/oder Antikörper-freie Reagenzien für Rinder.

 Neue Tiermodelle für Erkrankungen des Menschen.

 Produziert es neue pharmakologische Proteine, Impfstoffe sowie Ersatzgewebe.

Einer der letzten Vorträge befasste sich schließlich mit der Realität des 21. Jahrhunderts. So stirbt gegenwärtig alle fünf Sekunden ein Kind an Hunger, eine Million Menschen stirbt jedes Jahr immer noch an Malaria, einer heilbaren Krankheit, die sich zumindest befriedigend behandeln lässt. Nicht zu vergessen ist auch die Maul- und Klauenseuche, die im Jahr 2001 zur Ausrottung aller sechs Millionen Kühe in Großbritannien führte und einen volkswirtschaftlichen Schaden in einer zweistelligen Milliardensumme anrichtete. Gerade deshalb sind die Fortschritte der Biotechnologie umso beachtenswerter: Sie kann genügend gentechnisch veränderte Tiere für biotechnologische Anwendungen herstellen, ob es sich dabei um die Herstellung von Lebensmitteln, um medizinische Zwecke oder um andere nützliche Erzeugnisse handelt.


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