Der Wissenschaftler hilft, den Axolotl als Modell zu entwickeln

Mit seiner erstaunlichen Fähigkeit, Gewebe und Organe zu regenerieren, seiner Fähigkeit, sich in einer Laborumgebung zu reproduzieren, und der Leichtigkeit, mit der seine Gene manipuliert werden können, ist der mexikanische Salamander oder Axolotl ein enormes Versprechen als Modell für das Studium der regenerativen Medizin.

Aber im Gegensatz zur Forschung an traditionellen Modellen wie der Maus, der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) und dem Spulwurm (Caenorhabditis elegans), die in das genetische Zeitalter vorgedrungen ist, wurde die Untersuchung des Axolotl (Ambystoma mexicanum) durch einen Mangel an wissenschaftlichen Werkzeugen zurückgehalten damit zu arbeiten, einschließlich ausgeklügelter genomischer Ressourcen sowie experimenteller und genetischer Werkzeuge.

Das ändert sich jetzt aufgrund von Forschungen im MDI Biological Laboratory in Bar Harbor, Maine, und anderswo. Die Entwicklung neuer Werkzeuge für die Arbeit mit dem Axolotl hebt ihn auf die Ebene etablierter Forschungsmodelle und positioniert die Gemeinschaft von Wissenschaftlern, die ihn verwenden, als Modell für exponentielles Wachstum. Als Folge dieser Veränderungen soll das Labor zu einem globalen Epizentrum für die Axolotl-Forschung werden.

Die wachsende Bedeutung der Institution in der Axolotl-Gemeinschaft ist Prayag Murawala, Ph.D. zu verdanken, der letztes Jahr der Fakultät beigetreten ist. Murawala, der zuvor im Labor von Elly Tanaka, Ph.D., der weltweit führenden Axolotl-Forscherin, am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie in Wien, Österreich, arbeitete, brachte die neuesten Werkzeuge für die Arbeit mit dem Axolotl mit, viele davon entwickelte er, auf seinen neuen Posten, zusammen mit dem Engagement, das Wachstum des Axolotl als Forschungsmodell zu fördern.

Viele der Werkzeuge, die für die Arbeit mit dem Axolotl entwickelt wurden, sowie diejenigen, die dringend benötigt werden, um den Umfang der Axolotl-Forschung zu erweitern, wurden kürzlich von Murawala in zwei Artikeln beschrieben, „The Use of Transgenics in the Laboratory Axolotl“ und „Gene and Transgenics Nomenclature for the Laboratory Axolotl—Ambystoma Mexicanum“, beide veröffentlicht in der Juni-Ausgabe 2022 von Entwicklungsdynamik.

Neben Murawala gehören zu den Autoren Ji-Feng Fei vom Guangdong Provincial People’s Hospital, Guangdong Academy of Medical Sciences in Guangzhou, China, und, auf dem Nomenklaturpapier, Tanaka und S. Randal Voss, Ph.D., Direktor des Ambystoma Genetic Stock Center (AGSC) am College of Medicine der University of Kentucky in Lexington, einem staatlich finanzierten Zentrum für den Vertrieb von Axolotl-Forschungstieren.

„Die Regenerationsfähigkeit mancher Tiere fasziniert Beobachter seit Tausenden von Jahren, einschließlich früher Forscher des biologischen MDI-Labors wie die wissenschaftlichen Koryphäen Thomas Hunt Morgan und Richard J. Goss“, sagte Hermann Haller, MD, President. „In seinen Bemühungen, den Axolotl als Modell zu entwickeln, setzt Prayag eine lange und ehrwürdige Labortradition fort, in der Natur Einblicke in die menschliche Gesundheit zu gewinnen.“

Der Axolotl, ein mexikanischer Salamander, der heute in freier Wildbahn so gut wie ausgestorben ist, ist ein Verfechter der Regeneration, mit der Fähigkeit, fast jeden Körperteil zu regenerieren, einschließlich Gehirn, Herz, Kiefer, Gliedmaßen, Lunge, Eierstöcke, Rückenmark, Haut, Schwanz und mehr. Verbesserte Einblicke in die zellulären und genetischen Mechanismen, die dieser Fähigkeit zugrunde liegen, könnten zu neuen Behandlungen für traumatische Verletzungen, Krankheiten, angeborene Fehlbildungen und Alterung führen.

Die meisten Axolotl-Forschungen konzentrieren sich heute auf die Frage der Fibrose (Narbenbildung) – oder warum Axolotl Gliedmaßen und Schwänze regenerieren, während Säugetiere wie Mäuse und Menschen an der Stelle einer Verletzung eine Narbe bilden. Aber wegen seiner erstaunlichen regenerativen Fähigkeiten sind die Möglichkeiten für die Forschung im Axolotl weit offen, insbesondere angesichts der Fülle neuer Werkzeuge, die verfügbar werden, um damit zu arbeiten.

„Mit diesen Tools erwarten wir ein exponentielles Wachstum“, sagte Murawala. „Wir müssen uns nur andere Tiermodelle ansehen, um ein Gefühl für die Vielfalt der Themen zu bekommen, die untersucht werden können. Die meisten Axolotl-Forschungen konzentrieren sich jetzt auf die Regeneration von Gliedmaßen oder Schwanz, aber es gibt auch die Möglichkeit, die Regeneration im Gehirn und im Herzen zu untersuchen , Lunge, Rückenmark und mehr. Uns gehen biologische Fragen nicht aus, die es zu untersuchen gilt.“

Der Bedarf an transgenen Tieren

Während der Axolotl seit mehr als 150 Jahren Gegenstand von Studien in der Entwicklungsbiologie von Wirbeltieren ist (die meisten Labormodelle sind Nachkommen von Tieren, die 1863 aus Mexiko nach Paris gebracht wurden), hat er in den letzten Jahren als Modell in der regenerativen Biologie erneut Aufmerksamkeit erregt Medizin aufgrund von Fortschritten bei der Entwicklung neuer genetischer und genomischer Ressourcen.

Dazu gehören transgene Tiere oder Tiere, die gentechnisch verändert wurden, um für die Forschung wichtige Eigenschaften zu erhalten. Mithilfe von Gen-Editing-Techniken können Forscher beispielsweise Tiere herstellen, deren Zellen mit fluoreszierenden Markierungen markiert sind, wodurch sie untersuchen können, wie sich Zellen unter einem Fluoreszenzmikroskop verhalten; oder Tiere, bei denen Gene „ausgeschaltet“ wurden, was es ihnen ermöglicht, die Genfunktion zu untersuchen.

Gegenwärtig stehen US-amerikanischen und kanadischen Forschern der AGSC nur wenige transgene Axolotl zur Verfügung – tatsächlich ist der Mangel an transgenen Tieren eines der Hindernisse für die Axolotl-Forschung, die in Murawalas jüngstem Transgenik-Artikel genannt werden. Aber das ändert sich aufgrund seiner Einrichtung von Mechanismen für den Import von transgenen Tieren in die Vereinigten Staaten von Tanakas und anderen europäischen Labors.

Als Ergebnis dieser Bemühungen ist die bereits beträchtliche Axolotl-Kolonie nicht-transgener Tiere des MDI Biological Laboratory nun die größte Sammlung transgener Axolotl in Nordamerika. mit 30 bis 40 Zeilen nordamerikanischen Forschern zur Verfügung. Für die Zukunft plant Murawala, sich mit der AGSC bei der Verteilung von transgenen Versuchstieren abzustimmen, die im MDI Biological Laboratory vermehrt werden.

Neben der Förderung der Forschung schützt die Verbreitung transgener Tiere, deren Entwicklung Jahre dauern kann, auch Linien, die nur noch in wenigen Labors verfügbar sind, vor dem Verlust durch potenzielle Krankheitserreger oder andere Katastrophen.

Die Notwendigkeit einer einheitlichen Nomenklatur

Neben transgenen Tieren nennt Murawala als weiteren Bedarf die einheitliche Gen- und transgene Nomenklatur, die Gegenstand des zweiten Artikels ist. Obwohl das große und komplexe Axolotl-Genom, das zehnmal so groß ist wie das menschliche Genom, von Teams aus den Labors von Tanaka und Voss sequenziert wurde, bleibt noch viel Arbeit, um Gen- und transgene Nomenklatur zu etablieren.

„Wenn wir Informationen austauschen wollen, brauchen wir eine genaue und eindeutige Kommunikation, weshalb standardisierte Richtlinien vorgelegt werden müssen“, sagte Murawala. „Wenn ich ein Gen so nenne und Sie es anders nennen, wird das Verwirrung stiften. Da die Autoren unserer Arbeit stark an der Entwicklung von Axolotl-Genanordnungen und transgenen Tieren beteiligt waren, waren wir in einer guten Situation, um die Richtlinien zu schreiben.“

Ein weiterer kritischer Bedarf ist der einer Online-Datenbank ähnlich den FlyBase- und WormBase-Datenbanken, die bei der Untersuchung von Fruchtfliegen und Spulwürmern verwendet werden. Eine solche Datenbank würde die genetischen, genomischen und biologischen Daten integrieren, die für eine effektive Kommunikation und den Austausch von Ergebnissen innerhalb der Axolotl-Gemeinschaft und unter denjenigen, die andere Salamandermodelle untersuchen, mit denen Axolotl Eigenschaften teilen, unerlässlich sind.

In Zusammenarbeit mit den Laborwissenschaftlern James Godwin, Ph.D., der auch den Axolotl untersucht, und Joel H. Graber, Ph.D., Direktor des Kernbereichs Computational Biology and Bioinformatics, und in Koordination mit Axolotl-Forschern auf der ganzen Welt, Murawala entwickelt eine „AxoBase“-Datenbank, die darauf abzielt, Axolotl-bezogene Ressourcen auf einer Website zu vereinen. Die Gruppe erwartet, innerhalb der nächsten Monate eine einfache Website zu starten, obwohl die Entwicklung einer umfassenden Datenbank viel länger dauern wird.

Zur Verfügung gestellt vom MDI Biological Laboratory