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ZebraZoom: Kinematic analysis for drug and genetic screening in zebrafish

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Neue Analyse-Software für Zebrafischmodelle hilft der Wirkstoffforschung

Um bei neuen potenziellen Wirkstoffen genauer ermitteln zu können, wie sie das Verhalten beeinflussen, wurde ein kostenloses quelloffenes Softwarepaket entwickelt, das die Forschung zu neuen Medikamenten und Therapien voranbringen soll.

Gesundheit

Bevor Wirkstoffe gegen neurologische Erkrankungen wie Alzheimer oder Epilepsie zur klinischen Anwendung kommen, muss deren Wirksamkeit und Sicherheit genau geprüft werden. Allerdings sind Tests an Referenzmodellen – bislang in der Regel Nagetiere und Primaten – langwierig, teuer und insbesondere ethisch fragwürdig. Seit einigen Jahren greift die Forschung daher auf Larven von Zebrafischen zurück, was zeit- und kosteneffizienter ist, vor allem, weil das Zebrafischgenom dem menschlichen Genom sehr ähnlich ist. So sind fast 84 % aller Gene, die in Zusammenhang mit menschlichen Krankheiten stehen, in etwa auch beim Zebrafisch zu finden. Weitere Vorteile sind, dass Zebrafischpaare wöchentlich Hunderte Eier produzieren – eine Voraussetzung für hochdurchsatzfähige Wirkstoff-Screenings. Die Wirkung von Arzneimitteln auf Tiere lässt sich besonders gut an den Larvenbewegungen untersuchen. „Eine größere Hürde ist hier allerdings, dass Zebrafischlarven mit einer Körperlänge von nur 4 mm sehr klein und außerdem sehr schnell sind“, erklärt Claire Wyart, Koordinatorin des Projekts ZebraZoom am Institut zur Erforschung von Gehirn und Rückenmark (ICM) in Paris, Frankreich. „Damit sind manuelle Analysen schwierig und müssen von hochtechnischen Bildverarbeitungsprogrammen übernommen werden.“ Für die Analytik muss bislang entweder teure Software erworben oder mit quelloffenen Bildverarbeitungsprogrammen gearbeitet werden, deren Funktionen aber begrenzt sind. Wyart zufolge besteht dringender Bedarf an frei zugänglichen Technologien, mit denen wirkstoffabhängiges Bewegungsverhalten von Zebrafischen hochaufgelöst erfasst werden kann.

Verhaltensbeobachtungen am Tiermodell

Wyart und ihr ICM-Kollege Olivier Mirat begannen 2010, die Tracking-Software ZebraZoom zu entwickeln. Das Programm ist einfach in der Installation und Anwendung, erkennt spezifische Bewegungsabläufe und extrahiert Daten zu Bewegungsmustern. Ziel dieses EU-finanzierten Projekts war es, das Marktpotenzial der Innovation zu analysieren und Marketing- und Geschäftspläne für Endnutzende zu entwickeln. „Unsere Analysen ergaben, dass wichtige Nutzende vor allem akademische Forschungslabore sind, die Verhaltensbeobachtungen bei Versuchs- und Wildtieren durchführen“, so Wyart. „Zudem bemühen wir uns um die künftige Zusammenarbeit mit Pharmaunternehmen.“ Das Feedback zur Software von ZebraZoom kam von 10 Forschungsgruppen. „Aus dieser Zusammenarbeit haben wir enorm viel mitgenommen und arbeiten nun an einer neuen und noch besseren Version“, fügt Wyart hinzu. „So sollten Nutzungsfreundlichkeit und Anpassbarkeit optimiert und neue Funktionen ergänzt werden, etwa die Beobachtung von Augen und Schwanz.“

Forschung an neuen Wirkstoffen

Anders als kommerzielle Software ist der Download von ZebraZoom kostenlos und frei zugänglich, „sodass jeder den Quellcode einsehen und prüfen, potenzielle Fehler melden und sogar neue Codes hinzufügen kann“, bemerkt Wyart. „Langfristig wollen wir damit kostenfreie Software und Erstsupport bereitstellen, und für weiteren Support oder nutzungsdefinierte Funktionen ist dann auch ein kostenpflichtiger Dienst vorgesehen.“ Das Beobachten und Analysieren von Tierverhalten im Labor – wie auch in freier Wildbahn – ist Voraussetzung für die Erforschung biologischer Systeme. Mit dem für solche Studien gut geeigneten Zebrafischmodell bieten sich neue Forschungsmöglichkeiten, und Wyart will mit ZebraZoom ihren Beitrag leisten. „Unsere Arbeit kann die Arzneimittelforschung dabei unterstützen, kleine, aber wichtige Wirkungen von Medikamenten und Mutationen zu erkennen“, sagt sie, „was die Forschung an neuen Medikamenten deutlich voranbringen wird.“

Schlüsselbegriffe

ZebraZoom, neurologisch, Zebrafisch, Medikamente, Gene, Genom, Software

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