Der Zebrafisch als Modellorganismus in der Biomedizinischen Forschung

Der Zebrafisch Danio rerio war bereits im 20. Jahrhundert ein beliebter Zierfisch. Als die Zucht von homozygoten Zebrafischen gelang, wurde er erstmals auch in der Forschung im Rahmen von genetischen Studien eingesetzt.¹

Diese Fischart stammt ursprünglich aus dem südasiatischen Raum, genauer gesagt aus Ländern wie Pakistan, Nepal und Bangladesch, wo sie in Teichen und Reisfeldern zu finden ist. Dort lebt der Zebrafisch in Schwärmen und ernährt sich von kleineren Insekten und Krustentieren. Man erkennt ihn an seiner goldenen Farbe mit schimmernden blauschwarzen Streifen, die vom Kopf bis zur Flossenspitze verlaufen. Seine maximale Länge beträgt fünf Zentimeter. Die Weibchen unterscheiden sich von ihren männlichen Artgenossen durch ihren leicht gerundeten Bauch. Ein erwachsenes Zebrafischweibchen kann bis zu 300 Eier pro Woche legen. Die Embryonalentwicklung und der eigentliche Lebenszyklus schreiten schnell voran. Die Geschlechtsreife wird innerhalb von 16 Wochen erreicht.^1,2

Der Zebrafisch ist aus vielen Gründen für die Forschung gut geeignet. Allein seine Biologie und Lebensweise sorgen dafür, dass seine Haltung nicht allzu viel Aufwand erfordert. Vorteile sind zum Beispiel die Gruppenhaltung, die Anspruchslosigkeit bezüglich der Wasserqualität, sowie die schnelle und zahlreiche Fortpflanzung. Aufgrund ihrer Durchsichtigkeit und ihrer Entwicklung außerhalb des Mutterleibs sind sowohl die Embryonen als auch die Larven des Zebrafisches für verschiedene Zwecke gut geeignet.^1,3

Aus der vom Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung veröffentlichten Tierversuchsstatistik des Jahres 2021 geht hervor, dass von den insgesamt 218.244 Versuchstieren 24.463 Zebrafische verwendet wurden. Damit liegt diese Fischart an zweiter Stelle aller in der Forschung verwendeten Arten (Platz 1: belegt die Maus mit 165.884 verwendeten Tieren).⁴

Aus den Statistiken lässt sich schließen, dass Danio rerio als Modellorganismus für die Forschung gut geeignet ist. Als Wirbeltier ist das Genom des Zebrafisches dem des Menschen sehr ähnlich. Die Ähnlichkeit in der Genetik liegt bei etwa 70 %, und mehr als 80 % der menschlichen Krankheitsgene sind auch im Zebrafisch zu finden. Alle genetischen Daten über Danio rerio sind auf der Website „The Zebrafish Information Network“ (ZFIN) zu finden.^1,5

Aufgrund seiner Eigenschaften bietet der Zebrafisch den Wissenschaftlern eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten. Wegen seiner bemerkenswerten Fähigkeit, verschiedene Zelltypen und Gewebe zu regenerieren, wird er häufig in Studien zur Angiologie, Kardiologie und Neurologie eingesetzt. So wurde beispielsweise die vollständige Wiederherstellung der Flosse nach deren Abtrennung beobachtet. In pharmakologischen Studien können wasserlösliche Substanzen auf ihre Toxizität oder andere Nebenwirkungen getestet werden, indem man sie mit dem Fischwasser mischt. Die schnelle Entwicklung und die Transparenz der frühen Entwicklungsstadien begünstigen ihren Einsatz in der Embryologie.¹

Quellen:
1) https://www.mpg.de/10886445/zebrafisch, accessed Feb. 28, 2023.
2) Eisen, Judith S. "History of zebrafish research." The zebrafish in biomedical research. Academic Press, 2020. 3-14.
3) Sneddon LU. Where to draw the line? Should the age of protection for zebrafish be lowered? Altern Lab Anim. 2018 Dec;46(6):309-311. doi: 10.1177/026119291804600605. PMID: 30657327.
4) https://www.bmbwf.gv.at/Themen/Forschung/Forschung-in-%C3%96sterreich/Services/TierV/TVStat.html, accessed Feb. 28, 2023.
5) https://zfin.org/, accessed Feb. 28, 2023.

Modell der Hämatopoese (Blutbildung): Gore AV, Pillay LM, Venero Galanternik M, Weinstein BM. The zebrafish: A fintastic model for hematopoietic development and disease. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol. 2018 May;7(3):e312. doi: 10.1002/wdev.312. Epub 2018 Feb 13. PMID: 29436122; PMCID: PMC6785202.

Orthopädisches Modell: Busse B, Galloway JL, Gray RS, Harris MP, Kwon RY. Zebrafish: An Emerging Model for Orthopedic Research. J Orthop Res. 2020 May;38(5):925-936. doi: 10.1002/jor.24539. Epub 2019 Dec 12. PMID: 31773769; PMCID: PMC7162720.

Entzündungsmodell, Arzneimittelentdeckung: Zanandrea R, Bonan CD, Campos MM. Zebrafish as a model for inflammation and drug discovery. Drug Discov Today. 2020 Dec;25(12):2201-2211. doi: 10.1016/j.drudis.2020.09.036. Epub 2020 Oct 6. PMID: 33035664.

Onkologie-Modell: Etchin J, Kanki JP, Look AT. Zebrafish as a model for the study of human cancer.

Norecopa: https://norecopa.no/species/fish/zebrafish/