Warum sind US-Neurowissenschaftler scharf auf Seidenäffchen?

WASHINGTON, D.C.-Ein handgroßer Affe namens Callithrix jacchus – das gemeine Seidenäffchen – ist in Labors sehr gefragt und doch fast nirgends zu finden. Die geringe Größe, das schnelle Wachstum und das ausgeklügelte Sozialleben der Marmosetten haben bereits die Aufmerksamkeit der Neurowissenschaftler auf sich gezogen. Jetzt wurden sie gentechnisch verändert, um ihre Gehirne besser abbilden zu können und als Modelle für neurologische Störungen wie Autismus und Parkinson zu dienen. Das Problem: „Es gibt einfach keine Affen“, sagt Cory Miller, Neurowissenschaftler an der University of California, San Diego.

Auf einer Tagung in dieser Woche, die vom Institut für Labortierforschung der National Academies of Sciences, Engineering and Medicine (NASEM) einberufen wurde, verglich der Neurowissenschaftler Jon Levine, der das Wisconsin National Primate Research Center an der University of Wisconsin in Madison leitet, den Anstieg der Nachfrage mit einem „Feuer mit zehn Alarmstufen, das bald ausbrechen wird“. Als Reaktion darauf planen die National Institutes of Health (NIH), Mittel für die Ausweitung der Seidenäffchenforschung bereitzustellen. Und etablierte Marmoset-Forscher, darunter Miller, arbeiten zusammen, um neuen Labors zu helfen, Tiere zu bekommen.

Als Millers Labor 2009 begann, mit Marmosets zu arbeiten, wussten viele Kollegen, die Makaken – die beliebteste Gattung von Forschungsaffen – untersuchten, nicht einmal, dass Marmosets Affen sind, erinnert er sich. „Sie fragten: ‚Sind das diese Streifenhörnchen, die in den Rocky Mountains leben?'“ (Sie dachten an Murmeltiere.)

Jetzt, so sagt er, „wollen all diese Leute Seidenäffchen haben.“ In einer Umfrage fanden Miller und Kollegen heraus, dass die Zahl der US-Forschungskolonien für Seidenäffchen von acht im Jahr 2009 auf heute 27 angestiegen ist. Insgesamt gibt es 1900 Seidenäffchen, die von etwa 40 Forschern betreut werden.

Als Affen sind Seidenäffchen für ihr kooperatives Sozialverhalten bekannt: Sie rufen sich gegenseitig zu, und gepaarte Paare teilen sich die Verantwortung für die Aufzucht der Jungen. Sie sind kleiner und leichter unterzubringen als Rhesusaffen, und sie bringen zweimal im Jahr Kinder zur Welt statt nur alle ein oder zwei Jahre, was genetische Experimente mit mehreren Generationen erleichtert. Da Seidenäffchen schneller reifen und altern als größere Affen, beschleunigen sie die Erforschung von Krankheiten, die die Entwicklung und das Altern beeinflussen. Außerdem ist das Gehirn eines Seidenäffchens weniger gefurcht als das eines Makaken, was die Abbildung oder Aufzeichnung von Aktivitäten auf seiner Oberfläche erleichtert.

Die Begeisterung für Seidenäffchen stieg 2009 sprunghaft an, als sie die ersten Primaten waren, die nachweislich eine genetische Veränderung in ihren Spermien und Eiern an ihre Nachkommen weitergaben. Ein Team am Central Institute for Experimental Animals (CIEA) in Kawasaki, Japan, injizierte Embryonen das Gen für ein fluoreszierendes Protein. Haut und Haare der so entstandenen Tiere leuchteten unter ultraviolettem Licht grün.

Eine Reihe von transgenen Seidenäffchen folgte – viele davon von der CIEA-Genetikerin Erika Sasaki und dem Neurowissenschaftler Hideyuki Okano von der Keio-Universität in Tokio. Am 5. November werden ihre Teams auf der Tagung der Society for Neuroscience in San Diego den neuesten Stand der Dinge bei zwei transgenen Versuchen vorstellen: Marmosetten mit genetischen Mutationen, die beim Menschen mit der Parkinson-Krankheit und der neurologischen Entwicklungsstörung Rett-Syndrom in Verbindung gebracht werden. Die Forscher hoffen, dass sie durch die Beobachtung des Krankheitsverlaufs bei einem Seidenäffchen und die Analyse seines Gehirns Mechanismen aufdecken können, die bei Menschen Krankheiten verursachen – und vielleicht neue Therapien finden und testen können.

Die japanische Forschung erhielt 2014 durch eine Regierungsinitiative in Höhe von 40 Milliarden Yen (350 Millionen Dollar) zur Kartierung des Seidenäffchen-Gehirns Auftrieb. Aber auch mehrere US-Labors haben inzwischen transgene Primaten in der Entwicklung. Im Jahr 2016 schuf ein Team am National Institute of Neurological Disorders and Stroke des NIH zusammen mit Sasaki Marmosetten mit Gehirnzellen, die bei Erregung fluoreszieren – ein potenzielles Instrument zur Überwachung der neuronalen Aktivität. Und im April wurde am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge das erste Seidenäffchen mit einer Mutation im Gen SHANK3 geboren, das in einigen Fällen von Autismus eine Rolle spielt.

Für die Herstellung von transgenen Affen ist eine große Kolonie erforderlich, zum Teil, weil Weibchen, denen manipulierte Embryonen eingepflanzt wurden, nicht immer schwanger werden. Guoping Feng, der das MIT-Projekt leitet, schätzt die ideale Größe auf mindestens 300 Tiere, weit mehr als eine einzelne US-Einrichtung züchten kann. (Fengs Gruppe hat nach und nach eine Kolonie von etwa 200 Tieren aufgebaut.) Wenn die neuen transgenen Modelle auf breiter Basis zur Verfügung stehen – was wahrscheinlich in den nächsten Jahren der Fall sein wird -, benötigen die Labors, die sie einsetzen wollen, möglicherweise auch eigene Tiere für die Zucht. Die Teilnehmer der Tagung in dieser Woche diskutierten auch über Möglichkeiten, die genetische Vielfalt innerhalb der amerikanischen Seidenaffenpopulation aufrechtzuerhalten.

Aber der Nachschub an neuen Seidenäffchen ist begrenzt. Ein internationales Abkommen schränkt die Ausfuhr von Wildtieren aus ihrer Heimat Brasilien ein. Und die Einfuhr von Tieren aus Zuchteinrichtungen in Asien ist „sehr, sehr schwierig“, sagt Feng. Die meisten Fluggesellschaften haben auf Druck von Tierschutzorganisationen den Transport von Versuchstieren eingestellt.

Der öffentliche Widerstand gegen die Forschung an nicht-menschlichen Primaten veranlasst die Forscher bereits, vorsichtig zu sein. Das zunehmende Interesse an der Forschung mit Seidenaffen ist für uns „besorgniserregend“, sagt Kathleen Conlee, Vizepräsidentin für Tierforschungsfragen bei der Humane Society of the United States. Besonders problematisch sei es, Tiere gentechnisch so zu verändern, dass sie krank werden.

Wissenschaftler sehen jedoch in einigen Studien keinen Ersatz für Primaten. „Wenn es um kognitive Prozesse und andere komplexe Verhaltensweisen geht, müssen einige Dinge einfach an einem Primatenmodell durchgeführt werden“, sagte Joshua Gordon, Direktor des National Institute of Mental Health der NIH in Bethesda, Maryland, auf einer NASEM-Tagung am 4. Oktober über gentechnisch veränderte nichtmenschliche Primaten. Die Erforschung psychischer Erkrankungen erfordere ein Verständnis von Gehirnstrukturen, die es bei Nagetieren nicht gebe, fügte er hinzu. Bei solchen Forschungen müsse jedoch berücksichtigt werden, „inwieweit Primatenexperimente für die Allgemeinheit akzeptabel sind“, sagte er.

Nächstes Jahr will Gordons Behörde Finanzierungsmöglichkeiten zur Unterstützung einer zentralen Infrastruktur für die Forschung an Marmosetten bekannt geben. Obwohl die Details noch unklar sind, könnte die Finanzierung neue Seidenäffchen einbringen, Zuchtkolonien erweitern oder einrichten oder transgene Projekte vorantreiben, sagte er. Das Geld könnte aus der Bundesinitiative „Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies“ oder dem NIH Blueprint for Neuroscience Research stammen.

In der Zwischenzeit improvisieren die Labors. Letzten Monat haben mehrere Forscher einen virtuellen Pool ins Leben gerufen, zu dem bestehende Seidenäffchenkolonien 10 % ihrer Tiere pro Jahr beisteuern, die neue Forscher kaufen oder erben können. Es ist eine Notlösung, um die Dynamik auf dem Gebiet aufrechtzuerhalten, sagt Miller, „weil es sich um eine einmalige Gelegenheit für eine Karriere handelt“

.