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MPI-CBG Gruppenleiter Jan Huisken kombiniert optische und genetische Methoden um den Herzschlag von Zebrafischen zu takten

Welche Herzmuskelzellen sind es genau, die dem Herz seinen Takt geben? Wo liegen sie, wie kann man sie beeinflussen? Jan Huisken, Gruppenleiter am MPI-CBG, wollte es wissen und hat bei Zebrafischen die Herzen mit seinem eigenen Rhythmus zum Schlagen gebracht. Dazu veränderte er die Herzmuskelzellen von Fisch-Embryonen genetisch, versah sie mit einem lichtgesteuerten Gen und beleuchtete sie mit Mikrospiegeln. So konnten mit gepulsten Lichtmustern verschiedene Herzregionen Zelle für Zelle beeinflusst werden, und sogar krankhafte Veränderungen des Herzens simuliert werden.

Die Experimente gaben nicht nur neue Anhaltspunkte darüber, wie sich das Herz in Wirbeltieren entwickelt, sondern auch darüber, welche Folgen das Ausbleiben des Herzschlags haben könnte – das war bisher noch nicht richtig erforscht. Und Huisken gelang es, dass den Fischen das Herz stehen blieb. „Zu Schaden kam dabei übrigens kein einziges Tier“, betont der Forscher: Bei Zebrafisch-Embryonen kann die Blutzirkulation einige Tage aussetzen und die Fische überleben das ohne Probleme. Auch die simulierten Herzkrankheiten sind umkehrbar; das ist nicht nur die Rettung für die Fische, sondern gibt Forschern in Zukunft neue Möglichkeiten in die Hand: „So werden wir den Blutfluss in den Gefäßen auf ganz neue Weise beeinflussen und neue Erkenntnisse zur Herzentwicklung erlangen".

Die Versuche haben außerdem gezeigt, dass das Herz eines Fischembryos auf nur sehr wenige Zellen verzichten kann, um die richtige Herzschlagrate zu erzeugen – das macht das Herz sehr verletzlich. „Es scheint auch keine Rettungsmechanismen zu geben, die in einem solchen Fall einspringen“, so die Erkenntnis.

Die Ergebnisse gehen auf Arbeiten Jan Huiskens an der University of California, San Francisco, zurück, die er gemeinsam mit Kollegen dort durchführte; mittlerweile ist er als Forschungsgruppenleiter am MPI-CBG in Dresden tätig.

A.B. Arrenberg, D.Y.R. Stainier, H. Baier, J. Huisken
Optogenetic control of cardiac function. Science (New York, NY) (2010) vol. 330 (6006) pp. 971-4
www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/330/6006/971

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In diesem Hochgeschwindigkeitsvideo lässt sich der Effekt der Beleuchtung auf das genetisch manipulierte Fischherz verfolgen. Das Herz kommt zum Stillstand, sobald es beleuchtet wird, und schlägt erst wieder, wenn das Licht erlischt.