Raus aus Afrika und rein ins Labor: Wie Xenopus zum Modellorganismus wurde
Ist es Ihnen jemals seltsam vorgekommen, dass ein kugelförmiger Krallenfrosch aus Afrika zum Liebling der Entwicklungsbiologen in Europa und Nordamerika wurde? Die meisten Modellorganismen stammen von alltäglichen Organismen ab, die nicht weit vom Labor entfernt leben. Fruchtfliegen? Jeder, der schon einmal ein Stück Obst in seiner Küche verderben ließ, hat eine Wolke davon weggefegt. Arabidopsis ? Es wächst in einer Ritze im Bürgersteig. Saccharomyces ? Sie haben wahrscheinlich ein paar kleine Päckchen Bäckerhefe in Ihrem Kühlschrank liegen. Aber Xenopus , ein räuberischer, kannibalischer und giftiger Frosch aus Afrika südlich der Sahara, sprang nicht einfach eines Tages ins Labor. Wie es dem Club der Modellorganismen beitrat, ist eine bizarre Geschichte, die nicht nur die Wissenschaft, sondern auch Religion, Politik und Schwangerschaft umfasst.
Modellorganismen sind eine Gruppe von Arten, die von Wissenschaftlern unter der Annahme untersucht werden, dass bestimmte biologische Aktivitäten zwischen den Arten erhalten bleiben. Um die wissenschaftliche Arbeit zu vereinfachen, kann nicht jede Art unter der Sonne ein Modellorganismus sein. Voraussetzungen für einen guten Modellorganismus sind:
- Einfaches Wachstum und Wartung im Labor
- kurze Generierungszeit, sodass Experimente schnell reproduziert werden können
- genetisch manipulierbar, um die Genfunktion zu bestimmen
- Verfügbarkeit genetischer Ressourcen und genomischer Daten
- Zugänglichkeit für Wissenschaftler
Es ist dieses letzte Merkmal, das die Verwendung eines afrikanischen Frosches in Großbritannien, Europa und Nordamerika hätte ausschließen sollen … aber das war nicht der Fall.
Frühe Amphibien-Embryologen in Europa und Nordamerika verwendeten lokale Arten. Im späten 19. Jahrhundert wurden Gartenteichfrösche ( Rana spp.) für wissenschaftliche Forschungszwecke gesammelt. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts beschäftigten Forscher einheimische Molche und Salamander. Xenopus war zu dieser Zeit nicht unbekannt, aber es war eher ein exotisches Museumsstück als ein wissenschaftliches Arbeitstier. Es wurde erstmals 1802 vom französischen Naturforscher François Marie Daudin beschrieben und illustriert (siehe Bild rechts). Später, im Jahr 1894, wurden lebende Xenopus -Importe in die Gartenteiche der Zoological Society in London eingeführt und beobachtet, dass sie auf natürliche Weise laichen. Der Zoologe Edward Bles war der erste Wissenschaftler, der sich kritisch mit der Entwicklung von Xenopus befasste. Er pflegte die Frösche in einem tropischen Seerosenbecken im Botanischen Garten der Universität Cambridge.
Um das große Debüt von Xenopus in der wissenschaftlichen Gesellschaft als Modellorganismus zu verstehen, muss man jedoch Lancelot Hogben kennen lernen. Hogben wurde 1895 in einer methodistisch-evangelikalen Familie mit bescheidenen Mitteln in England geboren. Als er ein Stipendium für das Trinity College erhielt, war es der größte Wunsch seiner Eltern, dass er medizinischer Missionar für die Kirche werden würde. Stattdessen führten seine wissenschaftlichen Studien dazu, dass er die Religion ablehnte, Sozialismus und Atheismus annahm und sich für das Gebiet der vergleichenden Endokrinologie faszinierte. Da er nicht mit einer wohlhabenden Familie gesegnet war, musste er mehrmals umziehen, um seine Frau (Statistikerin und Feministin Enid Charles) und seine vier Kinder ernähren zu können. Er hatte verschiedene Positionen im Vereinigten Königreich inne, bis ihn ein Angebot an die University of Cape Town in Südafrika schickte. Dort lernte er im Rahmen seiner Studien zur Hypophysenphysiologie den Afrikanischen Krallenfrosch kennen. Bei seiner Forschung entfernte er die Hypophyse vom Frosch (eine Methode namens Hypophysektomie) oder fügte wieder Hypophysenextrakte hinzu, um die Auswirkung auf die Hautfarbe des Frosches zu beobachten. Hogben war so verliebt in diesen dunkelhäutigen Frosch mit seinen Rückenaugen, dass er sein Haus „Xenopus“ nannte. Laut seinem kommunistischen Freund Eddie Roux waren die Partys im Xenopus ziemlich wild.
Während er in Südafrika lebte, beunruhigte Hogben zunehmend den Rassismus, den er beobachtete. 1930 wurde er nach London zurückgerufen, um die Leitung der Abteilung für Sozialbiologie an der London School of Economics zu übernehmen. Er brachte seinen geliebten Xenopus sowie seinen Widerstand gegen wissenschaftlichen Rassismus und die Eugenik-Bewegung mit. In London beobachtete er in Zusammenarbeit mit den Kollegen H. Zwarenstein und HA Shapiro, dass die Injektion von Ochsen-Hypophysen-Extrakten bei einem weiblichen Xenopus den Eisprung auslöste. Diese Erkenntnisse dienten als Grundlage für einen neuen Schwangerschaftstest. Wenn dem Frosch Urin einer menschlichen Frau injiziert wurde, kam es zum Eisprung des Frosches, wenn die Frau schwanger war. Frühere Schwangerschaftstests erforderten die Tötung und Autopsie mehrerer Kaninchen oder Mäuse pro einzelnem Test, während die Xenopus- Methode einen glücklichen, lebenden Frosch zurückließ. Der Xenopus- Schwangerschaftstest wurde auf der ganzen Welt eingeführt und an Universitäten in ganz Europa und Nordamerika entstanden Kolonien afrikanischer Krallenfrösche. Entwicklungsbiologen profitierten von diesen Kolonien ebenso wie die medizinische Gemeinschaft, und selbst mit dem Aufkommen immunologischer Schwangerschaftstests in den 1960er Jahren blieb der Frosch ein hilfreicher Laborkamerad.
Als Modellorganismus hat Xenopus über seine Rolle bei der Familienplanung hinaus einige entscheidende Vorteile. Xenopus sind robuste Frösche mit einer bemerkenswerten Toleranz gegenüber Hunger, Krankheiten und Stress und daher durchaus in der Lage, einen schlammigen Teichlebensraum gegen ein Laboraquarium einzutauschen. Das Weibchen kann an einem Tag mehrmals Hunderte von Eiern legen und diesen Triumphzug nach einer Ruhezeit von einigen Wochen wiederholen. Die Eizellen können von außen befruchtet werden, um mehrere entwicklungssynchronisierte Embryonen zu erzeugen. Sowohl die Eizellen als auch die befruchteten Embryonen sind relativ groß und lassen sich leicht manipulieren. Als Wirbeltier ist Xenopus enger mit dem Menschen verwandt als Fruchtfliegen, Nematoden oder Hefepilze, weshalb Entdeckungen beim Frosch eher für die menschliche Biologie relevant sind.
Und da haben Sie es, die Reise einer schlammigen Knollenamphibie aus der Wildnis Afrikas zum Status eines verehrten Modellorganismus. Es war eine ziemliche Reise.
Verweise
Wallingford JB, Liu, KJ, Zheng, Y. Xenopus . Aktuelle Biol. 20(6):R263-R264.
Xenopus-Bildnachweis: „File:Gemeiner Krallenfrosch – Xenopus laevis – aus Afrika ArM.jpg“ von Ben Rschr ist unter CC BY 2.5 lizenziert
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