Home

De zebravis als model voor ziektes

De zebravis (Danio rerio) is een geliefd aquariumvisje. Sinds de jaren '80 van de vorige eeuw gebruiken wetenschappers de zebravis veel als modelorganisme voor genetisch onderzoek aan menselijke ziektes. Waarom wordt juist de zebravis gebruikt voor onderzoek en wat kan zo'n klein visje ons vertellen over ziektes?

Klein en doorzichtig

De zebravis is een klein visje van drie ą vijf centimeter lang. Hij dankt zijn naam aan de donkere strepen die over de lengte van zijn lichaam lopen. Oorspronkelijk komt hij voor in riviertjes en beekjes in India en omringende landen, maar je komt hem ook vaak tegen als fraai gekleurde vis in aquaria. De zebravis leent zich heel goed voor onderzoek. Omdat hij zo klein is kan hij in een klein aquarium worden gehouden. Hierdoor is de zebravis goedkoop om te houden. Een belangrijk kenmerk van de zebravis is dat de eitjes buiten het lichaam bevrucht worden en zich daar ook ontwikkelen tot embryos. Die ontwikkeling gaat razendsnel: al na 24 uur zijn de belangrijkste organen gevormd en na drie dagen komen de jonge visjes, die er nog als embryos uitzien, al uit het ei. Die embryos zijn klein en, heel belangrijk, doorzichtig. Hierdoor kunnen ze makkelijk bekeken worden onder de microscoop, terwijl ze in een klein schaaltje rondzwemmen. Zo kan de onderzoeker volgen wanneer een ziekte ontstaat en hoe deze verloopt. Zebravissen planten zich al na drie maanden voort en vrouwtjes leggen 200 eieren per week. Hierdoor kan je in korte tijd veel zebravissen kweken en onderzoeken wat er in de volgende generatie gebeurt.

Zebravisembryo

Een 24 uur-oude embryo van de zebravis. Foto: Hubrecht Laboratorium.

Mutaties maken
Nog een voordeel van de zebravis is dat het relatief gemakkelijk is om veranderingen aan te brengen in zijn DNA. Bij de zebravis wordt dat meestal gedaan met een chemische stof genaamd ethyl-nitrosoureum (ENU). Deze stof veroorzaakt puntmutaties in het DNA: een nucleotide  (G, A, T of C) verandert dan in een andere nucleotide. Als de mutatie in een gen zit, kan het gevolg zijn dat het gen wordt vertaald in een eiwit dat net iets is veranderd. Een van de aminozuren, de bouwstenen van het eiwit, is in dat geval veranderd. De functie van het eiwit kan dan verstoord raken. Ook kan zon puntmutatie ervoor zorgen dat er ergens in het gen een stopcodon komt waardoor het eiwit korter is dan normaal en daardoor vaak (een deel van) zijn functie verliest. Sommige puntmutaties maken de zebravis erg ziek.

Om een zebravis te muteren dompelt de onderzoeker een mannetje even onder in een badje met daarin wat opgeloste ENU. Die zebravis heeft dan op één van de twee genen ergens een mutatie. Om te zorgen dat de mutatie ook daadwerkelijk tot uitdrukking komt in de uiterlijke kenmerken of het gedrag van de zebravis moet de mutatie in beide genen zitten. Dat kan door de gemuteerde zebravis door te kweken. In de derde generatie zijn er dan zebravissen die op beide genen de mutatie hebben. Vervolgens kan de onderzoeker relatief makkelijk onder de microscoop zien wat voor effect de mutatie heeft op de uiterlijke kenmerken van de zebravis. Bij andere modelorganismen, zoals de muis, moet de onderzoeker het dier openmaken om te kijken welk effect de mutatie op het dier heeft. Als dat effect overeenkomt met dat van een menselijke ziekte kan die gemuteerde zebravis gebruikt worden als ziektemodel. Regelmatig worden op die manier genen gevonden die betrokken lijken bij de ziekte waarvan men eerst niet wist dat ze bij de mens misschien ook met de aandoening te maken hebben. Deze genen worden kandidaatgenen genoemd. Vaak blijkt later dat deze kandidaatgenen inderdaad ook bij de mens een rol spelen bij de ziekte. Ook kan de onderzoeker nadat de zebravis gemuteerd is naar het DNA van de gemuteerde zebravis kijken. Als blijkt dat de zebravis een mutatie heeft in een gen dat (mogelijk) betrokken is bij een ziekte bij de mens, kan de onderzoeker die ene zebravis er uit pikken en daarmee verder kweken. Zo kan je het effect van een veranderd gen op de uiterlijke kenmerken van de zebravis bestuderen.

Zebravisjes

Zebravisjes. Boven een mannetje, onder een vrouwtje.

Nieuwe inzichten
Het komt vaak voor dat onderzoek met gemuteerde zebravissen tot nieuwe inzichten leidt. Dat is bijvoorbeeld gebeurd bij Duchenne spierdystrofie. Mensen met Duchenne hebben een foutje in een gen dat codeert voor een belangrijk eiwit dat is betrokken bij de opbouw van spieren. Zonder het juiste eiwit functioneren de spieren niet goed. Kinderen met Duchenne belanden uiteindelijk in een rolstoel en sterven op jong volwassen leeftijd. Er bestond al een muis met Duchenne waar veel onderzoek mee was gedaan. Maar pas toen het zebravismodel onder de loep werd genomen bleek dat een bepaalde verbinding tussen spieren en pezen ook een rol zou kunnen spelen bij de ziekte. Zo verkrijgen onderzoekers kennis die ze zonder de zebravis nooit hadden gekregen. Ook bij het onderzoek naar een bepaalde vorm van erfelijke bloedarmoede zou de zebravis uitkomst kunnen bieden. Voor deze zeldzame ziekte is namelijk nog geen oorzaak gevonden bij de mens. Er zijn echter wel gemuteerde zebravissen die hetzelfde fenotype hebben als mensen die aan erfelijke bloedarmoede lijden. Bij die zebravissen is een foutje gevonden in een gen dat codeert voor het eiwit erythroid band 3, een belangrijk eiwit in de membranen van rode bloedcellen. Misschien is datzelfde ook bij mensen aan de hand.

Dicht bij de mens
Onderzoek aan de zebravis heeft laten zien dat we veel te weten kunnen komen over het ontstaan van ziektes bij onszelf, met name over de rol die genen en genmutaties spelen. Dat wijst erop dat mensen en zebravissen sterk op elkaar lijken. Ook bij kankeronderzoek is dat gebleken. Bij zebravissen kan een bepaalde vorm van leukemie (bloedkanker) ontstaan wanneer oncogenen (genen die, wanneer ze te actief zijn, wildgroei van cellen, dus kanker, kunnen veroorzaken) niet alleen van de zebravis zelf, maar ook van de muis of de mens te actief worden. Dit wijst erop dat het mechanisme dat kanker veroorzaakt bij de zebravis overeenkomt met dat van de muis en de mens.

Toch niet perfect
Het lijkt erop dat zebravissen gebruikt kunnen worden als vervanger van de mens bij het onderzoek naar ziektes. Dat is natuurlijk niet helemaal waar. Het kan bijvoorbeeld dat een mutatie in gen A bij de mens tot ziekte leidt, terwijl de zebravis met dezelfde mutatie nergens last van lijkt te hebben. Ook moeten we niet vergeten dat de zebravis geen zoogdier is. Dit maakt dat de zebravis op belangrijke punten verschilt met de mens, denk bijvoorbeeld aan de manier van ademhaling. Toch staat de zebravis dicht genoeg bij de mens om er waardevol onderzoek mee te doen. Uit genoomanalyse is bekend dat voor meer dan 90 procent van de menselijke genen in de zebravis vergelijkbare genen bestaan. Het Sanger Institute in Engeland verwacht eind 2008 het volledige genoom van de zebravis in kaart te hebben gebracht. En dat zal ongetwijfeld weer tot een hoop nieuwe ideeėn leiden.

Verder lezen
Zebravis als meetinstrument
Zebravis laat zien waarom Europeanen blank zijn
Genoom van de zebravis

Verder kijken
Op de website van ZF-models staat een filmpje van de eerste 20 uur van het leven van een zebravisje.

Discussiepunt voor in de klas
We willen begrijpen hoe ziektes werken. Moeten we daar wel vissen voor gebruiken? We willen toch meer weten over ons lichaam en niet dat van de vis?

 

Tom Arends
Masterstudent Biomedical Sciences
Universiteit Leiden