Groß angelegte Kartierung von Schweinegenen könnte den Weg für neue Humanarzneimittel ebnen
Forscher haben komplexe genetische Analysen von Hunderten von Schweinen und Menschen durchgeführt, um Unterschiede und Ähnlichkeiten zu ermitteln
Es mag seltsam klingen, aber wir können tatsächlich mehr über uns selbst lernen, wenn wir Schweine studieren. Schweine und Menschen sind sich ziemlich ähnlich. Unsere Organe, unsere Haut und die Art und Weise, wie viele Krankheiten entstehen, sind weitgehend identisch. Deshalb werden Schweine seit langem für die Entwicklung und Erprobung neuer Arzneimittel verwendet, obwohl sie größer, teurer und schwieriger zu untersuchen sind als Ratten und Mäuse.
Jetzt könnten Schweine als Versuchstiere noch wertvoller werden, denn Forscher des Zentrums für Quantitative Genetik und Genomik der Universität Aarhus haben die wichtigsten genetischen Ähnlichkeiten zwischen Schweinen und Menschen kartiert.
Die Forscher haben nicht nur die Gene identifiziert, die bei Menschen und Schweinen gleich sind, sondern auch das so genannte "Transkriptom" für eine Reihe von Gewebetypen ermittelt. Während das Genom alle Gene in der DNA unserer Zellen umfasst, unabhängig davon, ob sie aktiv oder inaktiv sind, enthält das Transkriptom die Gene, die in den verschiedenen Zelltypen in unserem Körper aktiv sind, sagt Lingzhao Fang, einer der Hauptforscher hinter den neuen Ergebnissen.
"Wir haben untersucht, welche Gene aktiv sind und wie sie in 34 verschiedenen Gewebearten bei Schweinen reguliert werden, und dies mit ähnlichen Studien beim Menschen verglichen. Wir haben alles untersucht, von Hodengewebe über Hautzellen bis hin zu verschiedenen Gehirnzellen", sagt er und fährt fort: "Wir hoffen, dass die neuen Erkenntnisse sowohl in der Landwirtschaft als auch in der pharmazeutischen Industrie von Nutzen sein werden".
Mehr nützliches Wissen aus der RNA
Vor etwas mehr als 20 Jahren gelang es einer Gruppe von mehr als 1 000 Forschern, das gesamte menschliche Genom zu entschlüsseln. Nach Abschluss des Projekts hofften die Forscher, nun Behandlungen für fast alle Krankheiten entwickeln zu können, da sie nun den Code kannten und die Fehler identifizieren konnten.
Doch die Geschichte ging anders aus.
Die Forscher entdeckten bald, dass es einen großen Unterschied zwischen den Genen im Rezeptbuch eines Menschen und den Rezepten gibt, die in den verschiedenen Zelltypen tatsächlich verwendet und übersetzt werden.
Dies wird auch als Genotyp und Phänotyp bezeichnet, wobei sich der Phänotyp auf die Merkmale oder Symptome bezieht, die bei einem Individuum beobachtet werden können. Da das Transkriptom eine größere Rolle spielt, kann eine Person die genetische Veranlagung für eine Krankheit haben, ohne tatsächlich an der Krankheit zu leiden.
Mit anderen Worten: Zwei Menschen, die auf dem Papier die gleiche Krankheitsmutation haben, erkranken nicht unbedingt in gleichem Maße. Mit mehr Wissen über die Rolle des Transkriptoms bei verschiedenen Krankheiten ist es möglich, bessere und gezieltere Medikamente zu entwickeln.
Und das ist ein Bereich, in dem die Ergebnisse der Studie von Lingzhao Fang nützlich sein können, wenn es um Schweine als Versuchstiere geht.
"Schweine eignen sich besser als Versuchstiere für neue Medikamente. Da die verschiedenen Gewebearten von Schweinen und Menschen sehr ähnlich sind, sogar ähnlicher als wir dachten, kann die Pharmaindustrie die Sicherheit neuer Medikamente an Schweinen mit viel größerer Genauigkeit testen", sagt er.
Kann auch helfen, die Landwirtschaft umweltfreundlicher zu machen
Die Pharmaindustrie ist nicht die einzige Branche, die potenziell von den neuen Ergebnissen profitieren kann. Laut Lingzhao Fang kann die Landwirtschaft die Ergebnisse auch für ihre Bemühungen nutzen, Schweine mit geringeren Auswirkungen auf das Klima zu züchten.
"Noch nie zuvor gab es eine so umfassende Kartierung der Gene, die in verschiedenen Gewebetypen aktiv sind. Unsere Ergebnisse ermöglichen es, die genetischen Mechanismen, die zu verschiedenen erwünschten Eigenschaften bei Schweinen führen, genauer zu bestimmen", sagt er und fährt fort: "Zum Beispiel Eigenschaften, die sie klimafreundlicher machen. Unsere Kartierung ebnet auch den Forschern den Weg, Schweinegene viel genauer zu editieren und auf diese Weise in Zukunft ganz neue Eigenschaften zu entwickeln. Da wir jetzt mehr über eine breite Palette von Merkmalen bei Schweinen wissen, können andere Forscher leichter Gen-Editing-Techniken wie CRISPR einsetzen, um Gene zu verändern oder neue Sequenzen mit umweltfreundlicheren Eigenschaften einzufügen".
Auch andere Tiere kartieren
Schweine sind nicht das erste Tier, dessen Transkriptom Lingzhao Fang und seine Kollegen kartiert haben. Sie haben vor einigen Jahren mit Kühen begonnen und planen, in den kommenden Jahren eine Reihe weiterer Tiere zu kartieren.
"Wir haben bereits eine Studie über Hühner in der Pipeline. Sie befindet sich derzeit im Peer-Review-Verfahren, aber wir hoffen, sie Anfang nächsten Jahres veröffentlichen zu können", sagt er.
Neben Hühnern, Schweinen und Kühen untersucht das Forschungsteam auch Ziegen, Schafe, Pferde und Enten nach der gleichen Methode. Er erklärt, dass es letztlich nicht nur darum geht, die Landwirtschaft umweltfreundlicher zu machen, sondern auch darum, ein besseres Verständnis der grundlegenden Biologie von Tier und Mensch zu erlangen.
"Wenn wir das Projekt abgeschlossen haben, werden wir ein besseres Grundverständnis für die Biologie und die Evolution einer Reihe von Tieren gewonnen haben. Dieses Wissen kann in anderen Bereichen von Nutzen sein", sagt er und fährt fort: "Wir haben zum Beispiel Probleme mit der Übertragung von Krankheiten zwischen Menschen und Nutztieren. Unsere Kartierung könnte uns das nötige Wissen liefern, um Krankheitsausbrüche in Zukunft einzudämmen und zu verhindern".
Einer der Gründe, warum Lingzhao Fang Nutztiere und nicht Wildtiere untersucht, ist der einfache Zugang zu Gewebeproben und großen Datenmengen. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich jedoch auch auf wilde und sogar ausgestorbene Tiere anwenden.
"Wir werden ein grundlegendes Verständnis der Biologie verschiedener Tiere erlangen, die alle wilde Vettern haben, die im Grunde genommen auf die gleiche Weise funktionieren", erklärt er abschließend.
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