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Donnerstag, 08.12.2016
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Mäuse als Sprengstoff-Schnüffler?

Forscher machen Nager mittels Genmanipulation zu Supernasen

Tierische Superschnüffler: Mäuse mit übernatürlich feinen Nasen könnten künftig Sprengstoff erkennen und Landminen aufspüren. Die Nager mit den Supernasen sind das Werk von Genetikern. Sie haben das Riechorgan der Tiere so verändert, dass es besonders viele Rezeptoren für einen ganz bestimmten Duftstoff enthält. Damit reagieren die Mäuse auf diesen Duft besonders empfindlich – und erkennen ihn selbst in geringen Konzentrationen.
Nager als Supernase: Genetisch optimierte Mäuse könnten künftig als Sprengstoff- oder Drogenschnüffler dienen.

Nager als Supernase: Genetisch optimierte Mäuse könnten künftig als Sprengstoff- oder Drogenschnüffler dienen.

Der Mensch hat bei weitem nicht die beste Nase im Tierreich. Deshalb macht er sich im Alltag oft den Riechsinn anderer Lebewesen zunutze: Er lässt Schweine nach tief in der Erde wachsenden Pilzen stöbern und Hunde nach Drogen, Sprengstoff oder verschütteten Personen suchen. Sogar Krankheiten wie Diabetes oder Krebs können die Vierbeiner verlässlich erschnüffeln.

Per Gen zur Supernase


In Zukunft könnten sich in die Reihe dieser riechstarken Helfer auch kleine Nager mischen. Denn Wissenschaftler um Charlotte D’Hulst von der City University in New York haben nun Mäuse erschaffen, die wahre Supernasen sind – und auf bestimmte Gerüche besonders empfindlich reagieren.

Möglich machte das ein Eingriff ins Genom der Tiere: Die Forscher schleusten in das Erbgut der Mäuse das Gen eines bestimmten Duftrezeptors ein. Bei Mensch und Maus sitzen solche Rezeptoren an den Sinneshärchen in der Nase. Je nach Rezeptor erkennt eine Nervenzelle nur einen ganz bestimmten Duftstoff. Insgesamt verfügt der Mensch über 350 verschiedene Rezeptortypen, die in der Nase alle gleich stark vertreten sind – auch bei der Maus kommen normalerweise alle Rezeptoren ähnlich oft vor.


Durch eine gentechnisch erzielte Vermehrung bestimmter Riechrezeptoren nehmen die Mäuse bestimmte Düfte besser wahr.

Durch eine gentechnisch erzielte Vermehrung bestimmter Riechrezeptoren nehmen die Mäuse bestimmte Düfte besser wahr.

Überrepräsentierter Rezeptor


Die Wissenschaftler veränderten das Erbgut der Nager jedoch so, dass das künstlich eingebrachte Rezeptorgen überdurchschnittlich oft exprimiert wurde. "Wir wissen zwar nicht, wie sich genau entscheidet, welches Neuron mit welchem Rezeptor ausgestattet wird", erklären D’Hulst und ihre Kollegen. "Trotzdem können wir die Wahrscheinlichkeit dafür erhöhen, dass die Wahl auf einen bestimmten Rezeptor fällt."

Der Trick: Sie fügten an die ursprüngliche DNA des Gens einen zusätzlichen DNA-Strang an – sozusagen als Verstärker: Denn je mehr Kopien sie davon ergänzten, desto mehr Neuronen exprimierten schließlich den eingeschleusten Rezeptortyp – eine Andockstelle für Acetophenon, das ähnlich riecht wie Jasmin. Nach dem gleichen Prinzip gelang es dem Team auch, statt des Mäuse-Rezeptorgens ein menschliches Gen in das Erbgut der Tiere einzuschleusen.

Supernasen im Test


Doch würden die Nager tatsächlich eine feinere Nase für den zu diesem Rezeptor passenden Duft haben? Das testeten die Forscher mit einem einfachen Verhaltenstest. Dafür mussten die Mäuse lernen, ebendiesen bestimmten Duft zu vermeiden.

Die Versuche zeigten: Die genetisch veränderten Nager sind wahre Superschnüffler. Sie erkannten den Duft selbst in Wasser verdünnt und in Konzentrationen, die ihre nicht genmanipulierten Artgenossen längst nicht mehr wahrnehmen konnten. Dabei schlugen sie sie um zwei ganze Größenordnungen.

Rot markiert sind hier die gentechnisch vermehrten Riechrezeptoren, grün erscheinen die übrigen.

Rot markiert sind hier die gentechnisch vermehrten Riechrezeptoren, grün erscheinen die übrigen.

Potenzial für Militär und Medizin


Die Forscher sehen in ihren tierischen Supernasen ein enormes Potenzial und wollen ihre Methode kommerzialisieren. Schließlich lassen sich Nager mit dieser Technologie theoretisch für jeden beliebigen Duft sensibilisieren. So könnten sie künftig etwa Sprengstoffe wie TNT erschnüffeln und Landminen aufspüren – eine Idee, die ankommt: Vom US-Verteidigungsministerium hat das Team bereits Fördermittel erhalten, um genveränderte Sprengstoffratten zu trainieren.

Auch als Vorbild für elektronische Nasen könnte der Ansatz dienen – zum Beispiel um anhand der Atemluft von Patienten Krankheiten sicher diagnostizieren zu können. (Cell Reports, 2016; doi: 10.1016/j.celrep.2016.06.047)
(Cell Press, 08.07.2016 - DAL)
 
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