Da einzelne Zellen innerhalb von Geweben und Organen eng zusammenarbeiten und sich gegenseitig stark beeinflussen, kann die genaue Funktion vieler Proteine nur in mehrzelligen Organismen untersucht werden.
Zu den Tieren, die häufig gentechnisch verändert werden, gehören die Fruchtfliege (Drosophila), der Zebrafisch und die Maus. Da die Maus ein Säugetier ist wie der Mensch, finden sich 99 Prozent aller Mausgene in ähnlicher Form auch beim Menschen. Deshalb eignet sich die Maus gut als Modell, um Proteine zu untersuchen, die im Menschen eine wichtige Rolle spielen.
Mäuse als Modell
Gentechnisch veränderte Mäuse braucht man nicht nur, um die Funktion von Proteinen zu untersuchen. Sie dienen auch als Modelle für Krankheiten, zum Beispiel für Krebs. Ein Krebsgen (Onkogen) kann in eine Maus eingeschleust werden. Das Protein dieses Gens führt zur Bildung von Tumoren.
Mit Hilfe dieser Mäuse wird die Entwicklung von Tumoren oder die Wirkung von Medikamenten untersucht. Solche Tiermodelle gibt es auch für andere Krankheiten.
Wie wird eine Maus gentechnisch verändert?
Mit einer mikroskopisch feinen Nadel wird die DNA des gewünschten Gens in die befruchtete Maus-Eizelle gespritzt. In manchen Fällen baut sich die zusätzliche DNA in die DNA der Maus ein. In einer Kulturschale werden die so veränderten Zellen kultiviert, und aus der Eizelle entsteht ein mehrzelliger Embryo. Ist die eingespritzte DNA in die DNA der Maus eingebaut, haben alle Zellen des Embryos das zusätzliche Gen. Mehrere solcher Embryonen werden in die Gebärmutter einer Maus eingesetzt. Nach drei Wochen kommen die Jungen zur Welt. Ein Teil der Jungen trägt das zusätzliche Gen.
Knock-out- und Knock-in-Mäuse
Um mehr über die Funktion von Proteinen zu erfahren, ist es zum Teil aber auch nötig, das entsprechende Gen in der Maus auszuschalten oder durch eine veränderte Kopie zu ersetzen. Dazu dienen Knock-Out- (englisch für „ausschalten“) beziehungsweise Knock-In- („ersetzen“) Mäuse.
Dazu werden aus Mausembryonen embryonale Stammzellen isoliert. In diese Stammzellen wird die DNA mit dem entsprechenden Gen eingeschleust. Ein kleiner Abschnitt des Gens wurde vorher so verändert, dass ein defektes oder verändertes Protein entsteht.
Abgesehen von dieser kleinen Veränderung sind die Buchstabenfolgen des eingeschleusten Gens und des Gens, das die Maus bereits hat, aber genau gleich. Die DNA-Stränge der beiden Gene lagern sich deshalb aneinander und werden zum Teil ausgetauscht. Diesen Vorgang nennt man homologe Rekombination. Es entstehen also Stammzellen, in denen ein Gen durch eine veränderte Kopie ersetzt wurde. Die so veränderten Stammzellen werden in einen Mausembryo eingesetzt und von einem Mäuseweibchen ausgetragen.