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Weniger Tierversuche durch Auswahl des optimalen Tiermodells

21/2016, 16.06.2016

Deutsches Zentrum zum Schutz von Versuchstieren (Bf3R) am BfR vergleicht Genomdaten von Mensch und Mausmodellen mit neuer Methode

Sind Ergebnisse aus Tierversuchen auf den Menschen übertragbar? Diese Frage wird immer wieder, mitunter auch kontrovers, diskutiert. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) haben mit einem neuartigen Ansatz Datensätze zu Entzündungsprozessen beim Menschen und bei Mäusen ausgewertet und systematisch miteinander verglichen. Bestimmte Mausmodelle korrelieren dabei sehr gut mit den meisten Studien am Menschen, andere hingegen nicht. „Die Ergebnisse zeigen, dass gezielte Forschung erforderlich ist, um das optimale Tiermodell für die jeweilige Fragestellung zu identifizieren“, sagt BfR-Präsident Professor Dr. Dr. Andreas Hensel. „Allerdings gilt nach wie vor: Wo immer es zuverlässige Alternativmethoden gibt, müssen diese anstelle der Tierversuche angewendet werden. Mit dem Deutschen Zentrum zum Schutz von Versuchstieren (Bf3R) fördern wir die Entwicklung, Validierung und den Einsatz solcher alternativer Methoden zum Tierversuch.“

Ein internationales Forschungskonsortium folgerte im Jahr 2013 auf Basis umfangreicher Genomdaten, dass Entzündungsreaktionen von Mensch und Maus nicht vergleichbar seien (http://www.pnas.org/content/110/9/3507.long). Die Wissenschaftler untersuchten die Folgen unterschiedlicher Auslöser von Entzündungen auf die Genaktivität und verglichen dabei die Informationen der Ribonukleinsäure (RNA) von weißen Blutkörperchen bei Mensch und Maus aus mehreren wissenschaftlichen Studien. Erstmals wurde auf Basis umfangreicher Genomdaten die Aussage getroffen, dass Ergebnisse aus Tierversuchen nicht unbedingt auf den Menschen übertragbar seien.

Eine andere wissenschaftliche Arbeitsgruppe kam auf Basis derselben Genomdaten ein Jahr später zum gegenteiligen Schluss: Die Mäuse reagieren auf der molekularen Ebene sehr ähnlich wie der Mensch. Die Maus sei als Tiermodell deshalb sehr wohl nützlich für die Erforschung menschlicher Erkrankungen, war die Schlussfolgerung (http://www.pnas.org/content/112/4/1167.long).

Es ist in der Wissenschaft nicht ungewöhnlich, dass die Ergebnisse von Studien unterschiedlich interpretiert werden. Allerdings ist es selten, dass aus denselben Daten gegensätzliche Aussagen abgeleitet werden. Dies ist von besonderer Tragweite, da bei der Untersuchung einer bestimmten Fragestellung möglicherweise unnötig Tiere im Versuch eingesetzt werden, weil das Tiermodell im Hinblick auf die Aussagekraft der Ergebnisse für den Menschen nicht geeignet ist.

Das Ziel kann deshalb nur die Entwicklung standardisierter Ansätze für eine systematische Datenanalyse von umfangreichen Genomdaten sein, um diese Konsequenzen zu vermeiden. Am Deutschen Zentrum zum Schutz von Versuchstieren (Bf3R) wurden deshalb diese Genomdaten nochmals unter Verwendung der Gene Set Enrichment Analysis (GSEA)- Methode untersucht. Mittels GSEA wird auf Expressionsebene ein direkter Zusammenhang zwischen der Erkrankung und dem potentiell verantwortlichen biologischen Vorgang hergestellt. Es wird mit der statistisch signifikanten Anreicherung jener Kombination von Genen gearbeitet, die wesentlich für den zu untersuchenden biologischen Prozess sind. Man vergleicht dabei zum Beispiel mit Hilfe spezieller Computerprogramme, welche Gene beim Entzündungsprozess aktiviert werden und welchen biologischen Vorgängen diese Gene zugeordnet werden. Werden beim Menschen und bei der Maus diese molekularen Signalwege gleichermaßen verändert, dann wäre die Maus ein gutes Modell für das Studium von Entzündungsprozessen im menschlichen Körper.

In ihrer Studie haben die BfR-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler auch alle Veränderungen der Genaktivitäten, die für Entzündungen bei Mensch und Maus vorliegen, mit Hilfe der GSEA-Methode analysiert. So wurde, anders als sonst üblich, nicht nur ein Teil der Daten betrachtet, sondern auch der überwiegende Anteil der nur leicht veränderten Gen-Produkte systematisch miteinbezogen. Die Analysen des BfR zeigten, dass im Falle von Entzündungen die Reaktionen bei einigen Mausmodellen sehr gut mit den Daten übereinstimmten, die beim Menschen ermittelt wurden, bei anderen Mausmodellen hingegen nicht. Eine derartige Datenanalyse ist somit geeignet, das geeignetste Tiermodell für die jeweils zu untersuchende Fragestellung auszuwählen. Unnötige Tierversuche können so zukünftig vermieden werden. Die in der Fachzeitschrift EMBO Molecular Medicine publizierte Studie  zeigt ferner, dass die GSEA-Methode ein sehr gutes Instrument ist, um bestehende Genomdaten in standardisierter Form zu interpretieren.

Defining the optimal animal model for translational research using gene set enrichment analysis
Christopher Weidner, Matthias Steinfath, Elisa Opitz, Michael Oelgeschläger, Gilbert Schönfelder

DOI 10.15252/emmm.201506025, publiziert online 16.06.2016
EMBO Molecular Medicine (2016)

http://embomolmed.embopress.org/cgi/doi/10.15252/emmm.201506025

Über das Bf3R

Das BfR nimmt die Aufgabe des „Deutschen Zentrums zum Schutz von Versuchstieren (Bf3R)“ wahr und koordiniert bundesweit alle Aktivitäten mit den Zielen, Tierversuche auf das unerlässliche Maß zu beschränken und Versuchstieren den bestmöglichen Schutz zu gewährleisten. Darüber hinaus sollen durch die Arbeit des Zentrums weltweit Forschungsaktivitäten angeregt und der wissenschaftliche Dialog gefördert werden.

Über das BfR

Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) ist eine wissenschaftlich unabhängige Einrichtung im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). Es berät die Bundesregierung und die Bundesländer zu Fragen der Lebensmittel-, Chemikalien- und Produktsicherheit. Das BfR betreibt eigene Forschung zu Themen, die in engem Zusammenhang mit seinen Bewertungsaufgaben stehen.

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