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Clevere Methode mit catchy Namen „A Game of Clones“ unterscheidet transgene Organismen

| Autor/ Redakteur: Dr. Anne Hardy* / Christian Lüttmann

Forscher lassen Käferaugen leuchten: Die fluoreszierenden Facettenaugen dienen als Indikator für die Verteilung eingesetzter Fremdgene im gepaarten Chromosomensatz der Käfer. An der Leuchtfarbe erkennen die Forscher der Goethe-Universität, ob die experimentell übertragenen Gene auf einem oder beiden Chromosomen eingebaut sind. Dies erleichtert die Zucht und kommt dem Tierschutz zugute.

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Zur Forschungszwecken werden oft Fremdgene in Modellorganismen eingebaut. Eine neue Methode erlaubt nun diesen Einbau besser zu überprüfen.
Zur Forschungszwecken werden oft Fremdgene in Modellorganismen eingebaut. Eine neue Methode erlaubt nun diesen Einbau besser zu überprüfen.
(Bild: gemeinfrei / CC0)

Frankfurt – Transgene Organismen, also Tiere oder Pflanzen, in die ein fremdes Gen eingebracht wurde, sind leistungsstarke Werkzeuge, um biologische Prozesse zu analysieren oder menschliche Krankheiten nachzubilden. Bei vielen Individuen, die im Laufe einer Studie erzeugt werden, liegt das Transgen jedoch nur auf einem der beiden gepaarten Chromosomen, was deren experimentelle Verwendung einschränkt.

Forscher der Goethe-Universität haben jetzt ein Konzept namens „A Game of Clones“ entwickelt, mit dem man auf einfache Weise unterscheiden kann, ob transgene Organismen das fremde Gen auf einem oder auf beiden Chromosomen tragen. Dies bringt Vorteile für die Zucht und auch den Tierschutz, heißt es in einer Pressemeldung.

Modellorganismen als Genempfänger

Häufig nutzen Forscher Modellorganismen wie Mäuse, Zebrafische und verschiedene Insektenarten, um biologische Prozesse zu verstehen – mit der Grundidee, dass Entdeckungen auch auf andere Arten übertragbar sind. Eine gängige Technik ist die Genmanipulation, bei der ein fremdes Gen, auch Transgen genannt, in eines der Chromosome des gewünschten Organismus eingeschleust wird.

Viele Modellorganismen besitzen gepaarte Chromosomensätze – jeweils eines stammt von jedem Elternteil. In den Chromosomenpaaren sind die Gene in der gleichen Reihenfolge angeordnet, sie haben aber nicht notwendigerweise identische Versionen dieser Gene.

Neu geschaffene transgene Organismen tragen das Transgen jedoch nur auf einem der Chromosomen. Dies kann ein Problem für die Forscher sein, denn viele Experimente erfordern Individuen, die das fremde Gen auf beiden Seiten tragen. Leider können nur kostspielige und fehleranfällige Methoden zwischen diesen Individuen unterscheiden.

Gen-Check mittels Augenfarbe

Um die Nachteile zu überwinden, die ein nur einseitig übertragenes Transgen mit sich bringt, entwickelte Frederic Strobl aus der Arbeitsgruppe von Prof. Ernst Stelzer am Buchmann Institut für Molekulare Lebenswissenschaften der Goethe-Universität das genetische Konzept "A Game of Clones" und wendete es auf den Rotbraunen Reismehlkäfer Tribolium castaneum an.

Die beiden Käfer links haben Varianten des Transgens mit Markern geerbt, die zu grün oder blau fluoreszierenden Facettenaugen führen. Der Nachkomme (rechts), trägt das Transgen auf beiden Chromosomen - seine Augen fluoreszieren in einer türkisblauen Mischfarbe.
Die beiden Käfer links haben Varianten des Transgens mit Markern geerbt, die zu grün oder blau fluoreszierenden Facettenaugen führen. Der Nachkomme (rechts), trägt das Transgen auf beiden Chromosomen - seine Augen fluoreszieren in einer türkisblauen Mischfarbe.
(Bild: Strobl/Stelzer, Goethe-Universität)

In diesem Ansatz beinhaltet das fremde Gen zusätzlich Sequenzen für zwei Marker-Proteine mit unterschiedlichen Fluoreszenzfarben. Nach mehreren Generationen der Züchtung entstehen zwei Varianten des Transgens, die jeweils nur einen Marker behalten. Das bedeutet, dass in der folgenden Generation die Nachkommen, die beide Marker zeigen, die Nachkommen sein müssen, die das fremde Gen auf beiden Chromosomen tragen. Sie sind leicht an ihren Augen zu erkennen, die im richtigen Licht in einer Mischung aus den beiden ursprünglichen Fluoreszenzfarben leuchten.

Das A-Game-of-Clones-Konzept hat mehrere wesentliche Vorteile: Individuen mit unterschiedlichen Markern lassen sich einfach identifizieren, das Verfahren ist kostengünstig und zuverlässig und kann auf nahezu alle Modellorganismen angewendet werden. Dies kommt besonders dem Tierschutz zugute, da für entsprechende Experimente nicht geeignete Individuen ausgeschlossen werden können, sobald die Marker nachweisbar werden.

Orginalpublikation: Frederic Strobl, Anita Anderl, Ernst HK Stelzer: A universal vector concept for a direct genotyping of transgenic organisms and a systematic creation of homozygous lines.. eLife 2018;7:e31677, DOI: 10.7554/eLife.316770

* Dr. Anne Hardy: Goethe-Universität Frankfurt am Main, 60323 Frankfurt am Main

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