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Forscher erstellen Karte von speziellen Nervenverbindungen / Erkenntnisse für Parkinson-Patienten

Kleine Fische leisten Großes für die Medizin

Freiburg. Die Organisation einer Stadt wäre ohne die Kenntnis des Verlaufs aller Straßen schwer zu verstehen. Wissenschaftler stehen vor dem gleichen Problem, wenn sie die Funktion des Gehirns erfassen wollen. Für Wirbeltiere war bisher nur bruchstückhaft bekannt, welche Nervenzellen ihre Verbindungen, sogenannte Axone, in bestimmte Hirnregionen senden. Jetzt ist Neurobiologen der Universität Freiburg ein Durchbruch geglückt.

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Lars Lindhorst

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Lars Lindhorst Reporter zur Autorenseite

Zum ersten Mal haben die Forscher um Professor Wolfgang Driever für ein Wirbeltier eine vollständige Karte aller Axone, die Dopamin als Botenstoff verwenden, erstellen können. Als Modellorganismus diente ein kleines, buntes Wasserlebewesen: der Zebrafisch. An Drievers Forschungsinstitut gibt es rund 4000 Aquarien, in denen die Zierfische für die Wissenschaft gezüchtet werden.

Der Botenstoff Dopamin jedoch steht im Zentrum der Forschung in Freiburg. Nervenzellen, die Dopamin als Botenstoff verwenden – und deshalb als dopaminergen bezeichnet werden – steuern viele Verhaltensweisen. Bei der Parkinson’schen Krankheit etwa sterben eben diese Nervenzellen ab, erklärt Biologe Driever. Zum Verständnis der Funktion von Nervengruppen, die in entfernte Gehirn-Regionen Axone aussenden, sei es wichtig, die Verbindungen genau zu kennen. Drievers neue Karte zeigt dabei wichtige Informationen zur Funktion des Gehirns. Das Fischgehirn sei in seiner Grundstruktur dem menschlichen sehr ähnlich, sagt Driever. „Eine direkte Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen ist zwar nicht möglich, aber die Experimente mit den Fischen geben neue Ideen, die später in die medizinische Forschung einfließen.“ Seine dreidimensionale Karte diene zunächst der Grundlagenforschung, könne später dann bei Mäusen als Säugermodell überprüft werden. „Das könnte helfen, bestimmte Verhaltensprobleme und physiologische Störungen bei Parkinson-Patienten besser zu verstehen“, sagt Driever.

Die hellgrüne Darstellung der Nervensystem-Karte ist mittels hochauflösender Mikroskopie am Zentrum für Biosystemanalyse in Freiburg und mithilfe genetischer Markierungen einzelner Nervenzellen in einem intakten Fischgehirn entstanden. Die Karte gebe den Wissenschaftlern nun neue Erkenntnisse darüber, dass dopaminerge Nervenzellen des Zwischenhirns in bisher ungeahnter Weise weit entfernte Hirnregionen verbinden. Laut Driever sind sie etwa verantwortlich für höhere Funktionen im Großhirn, für die Kontrolle der Physiologie im Hypothalamus, dem wohl wichtigsten Steuerzentrum des vegetativen Nervensystems.

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Darüber hinaus gibt die Karte Aufschlüsse über die Bewegungssteuerung im Hinterhirn und die Bewegungsausführung im Rückenmark. Dopamin, im Allgemeinen auch als „Glückshormon“ bezeichnet, kann nach Ansicht des Wissenschaftlers in Nervenzellen auch an der Umschaltung von Grundverhalten nach Stress beteiligt sein. Die Forscher erhoffen sich nun auch neue Erkenntnisse über die Nerven in einem anderen Bereich des Zebrafisch-Gehirns, dem Corpus Striatum. Dieser Teil sei bei Parkinson-Patienten durch Verlust dopaminerger Verbindungen besonders betroffen, erklärt Driever. Ein Zebrafisch ist lediglich rund drei bis fünf Zentimeter groß. Wegen seiner eher anspruchslosen Lebensweise aber und der schnellen Generationsfolge ist er ein beleibtes Studienobjekt von Wissenschaftlern – nicht nur in Freiburg. Der Zebrafisch ist in den vorigen Jahren zu einem der wichtigsten Modellorganismen für die moderne biomedizinische Forschung avanciert. Nach Angaben des Verbands Deutscher Biologen haben namhafte Forschungsinstitute große Fischhäuser gebaut. 2004 bewilligte die Europäische Union knapp zwölf Millionen Euro Forschungsgelder, um die Entwicklungsbiologie des Menschen und seiner Krankheiten am Zebrafisch nachzustellen. Über 3000 Wissenschaftler erforschen mittlerweile den kleinen Tropenfisch. Auch in der Industrie gewinnt dieses Tier an Popularität: Eine wachsende Zahl an Pharma-Unternehmen versuche, anhand des Fisches die Ursachen menschlicher Erkrankungen aufzuklären und neue Medikamente zu entwickeln.

Der Zebrafisch sei wie der Mensch ein Wirbeltier, sagt Driever. Fast alle Organe und Zellen, die Menschen haben, gibt es auch im Fisch. Und die Wissenschaft ist sich sicher, dass auch die allermeisten Gene des Menschen in den Zebrafischen nicht nur vorkommen, sondern auch sehr ähnliche oder sogar dieselbe Funktion haben. „Es ist sehr leicht, Mutanten zu erzeugen, denen bestimmte Genfunktionen fehlen“, erklärt der Freiburger Professor. So kommen die Wissenschaftler genetischen Defekten in menschlichen Organen auf die Spur.

Und noch ein anderer großer Vorteil spricht für den Zebrafisch als Modellorganismus: „Das Gehirn ist so klein, dass es in seiner Gesamtheit unter dem Mikroskop aufgenommen werden kann, Verbindungen zwischen Nervenzellen lassen sich leichter kartieren als aus Schnittserien großer Gehirne.“

Laut Statistik des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz wurden im Jahr 2009 rund 150 000 Zebrafische in Versuchen getötet. Nach Angaben des Bundesverbands Menschen für Tierrechte machten rund 40 Prozent der Gesamtzahl Versuche in der Grundlagenforschung aus. Jeweils 20 Prozent wurden für Giftigkeitstests und Produktprüfungen in Human- und Zahnmedizin eingesetzt. Weitere 20 Prozent trugen zur Herstellung von Zellkulturen bei.

Neurobiologen aus Freiburg machen erstmals das „Glückshormon“Dopamin in Nervenzellen sichtbar. Als Modellorganismus dienten Zebrafische. Von den kleinen Ziertieren lernen die Wissenschaftler, wie Krebs entsteht oder Medikamente beim Menschen wirken.

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