Mit der Gründung der GSF-Abteilung

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1 Abteilung für Vergleichende Medizin Neuherberg (Leiter: Prof. Dr. Jörg Schmidt) Mit der Gründung der -Abteilung für Vergleichende Medizin sollen neben den Dienstleistungen im Bereich der Versuchstierzucht und -haltung auch wissenschaftlich-versuchstierkundliche Grundlagen bearbeitet und tierexperimentelle Techniken entwickelt und für die Institute der biomedizinischen Grundlagenforschung bereitgestellt werden. Die Durchführung eigener Forschungsund Entwicklungsprogramme in der Abteilung soll den neuesten Kenntnisstand für eine erfolgreiche Umsetzung dieser Aufgaben gewährleisten. Im Rahmen des neu eingerichteten Forschungs- und Entwicklungsprogramms standen folgende Themen im Vordergrund: die Charakterisierung der biologischen Funktion von Selenoproteinen in entsprechenden Mausmodellen, Untersuchungen zur retroviralen Pathogenese hämatopoietische und Skeletterkrankungen, die Umsetzung von Verwaltungsvorschriften und Verordnungen sowie Strategien zur mikrobiologischen Sicherheit der Tierbestände und der davon in vitro verwendeten Materialien. Die Vertiefung versuchstierkundlicher und tierschutzrelevanter Fragestellungen und die Entwicklung alternativer invitro-modelle zur Reduktion von Tierversuchen stellten zusätzliche Forschungsaufgaben der Abteilung dar. Dazu wurden Methoden und Bedingungen zur tierschutzgerechten Haltung und Pflege von Versuchstieren standardisiert und verbessert. Die Unterstützung und Hilfe bei der Planung, Antragstellung und sachgerechten Durchführung von Tierversuchsvor- T he Department of Comparative Medicine Neuherberg (Head: Prof. Dr. Jörg Schmidt) Department of Comparative Medicine has been established so that fundamental principles of laboratory animal science can be investigated and experimental techniques for animals developed and made available at the same time as fulfilling the basic service functions of breeding and keeping laboratory animals for the Institutes involved in basic biomedical research. The research programme ensures that the Department remains at the forefront of the knowledge needed to fulfil its tasks successfully. The main focus of the newly-established research programme is on investigations into: the characterisation of the biological function of seleno proteins using appropriate mouse models; the retroviral pathogenesis of haematopoetic and skeletal diseases; the practical application of various administrative rules and regulations; and strategies to ensure the microbiological security of the animals and of material used from them in vitro. The Department also looks at more depth into questions related to laboratory animal science and relevant for animal protection, and investigates the development of alternative in vitro models with the aim of reducing the number of animal experiments. In addition, the methods and conditions for maintaining and caring for animals in a manner appropriate for animal protection are standardised and improved. Support in the planning, applying for permission, and correct implementation of animal experiments according to medical, biological, and animal protection principles is provided through regular consultations with the users. 159

2 haben nach medizinischen, biologischen und tierschützerischen Grundsätzen erfolgte in regelmäßigen Beratungen mit den Nutzern. Grundlegende Techniken der Reproduktionsbiologie und Versuchstierkunde, wie zum Beispiel Stammzell-Technologie, Mutationen der Maus-Keimbahn, Embryo- Kryokonservierung sowie in-vitro-fertilisierung und Keimzell-Kryotechnik, wurden in Zusammenarbeit mit den Instituten für Experimentelle Genetik und für Entwicklungsgenetik im Rahmen der neu eingerichteten CryoGene Lehr- und Dienstleistungsgruppe etabliert und den Nutzern der Einrichtung angeboten. Im Rahmen der Gründung eines - Knotens des Europäischen Maus Mutanten Archivs (EMMA) sowie der German Mouse Clinic (GMC) im Forschungszentrum werden auf die Abteilung für Vergleichende Medizin weitere Aufgaben im Bereich der Hygiene-Sanierung verschiedener Maus- Stämme und -Haltungsbereiche, der IVCund Isolatorhaltung von Versuchstieren sowie der Reproduktionsbiologie zukommen. Die daraus sich abzeichnenden, interdisziplinären Ansätze in der biologisch-medizinischen Grundlagenforschung sind eine entscheidende Grundlage für die moderne biomedizinische Forschung im -Forschungszentrum. Im Rahmen der Dienstleistungen werden Versuchstiere unter definierten Umweltund Hygienebedingungen und unter Berücksichtigung eines umfassenden Tierschutzes für die biologisch-medizinische Forschung gezüchtet und gehalten und den Experimentatoren zur Verfügung gestellt. Dies beinhaltet genetisch definierte und mikrobiologisch einwandfreie, konventionelle oder transgene bzw. knock-out-versuchstiere (Zebrafische, Mäuse, Ratten, Hamster, Hunde, Kaninchen) entsprechend den Vorgaben und wissenschaftlichen Fragestellungen der Experimentatoren. Der Hauptaugenmerk liegt auf den zukunftsträchtigen Versuchstierarten Mäuse, Hunde und Zebrafische. Es sind Strukturen geschaffen worden, um den besonderen Ansprüchen an die Haltung und Verwendung dieser Tiere in besonderem Maße gerecht Basic techniques in reproduction biology and research animal science, for example stem cell technologies, mutations in the mouse germ line, embryo cryo conservation, in vitro fertilisation, and stem cell cryo techniques, are established in cooperation with the Institutes of Mammalian Genetics and Experimental Genetics under the aegis of the newly-established CryoGene Teaching and Service Group, and offered to users. With the establishment at the of a focal point for the European Mouse Mutant Archive (EMMA) and of the German Mouse Clinic (GMC), the Department will have additional tasks related to the hygienic rehabilitation of selected mouse species and animal quarters areas, the IVC and isolated maintenance of animals, and reproduction biology. The interdisciplinary approaches in basic biological-medical research that this introduces are a crucial basis for modern biomedical research in the. The major service function of the Department is the breeding and keeping of various types and strains of animals under defined environmental and hygienic conditions and in accordance with the comprehensive requirements for animal protection, and providing these to the Centre s scientists for use in biomedical research. This includes making available genetically defined and microbiologically clear, conventional, transgenic, or knock-out research animals (zebra fish, mice, rats, hamsters, dogs, rabbits) according to the requirements and scientific question. The main focus is on the types of research animal that are likely to be of most interest in the future: mice, dogs, and zebra fish. Structures have been established that enable us to fulfil the special requirements for keeping and using these animals. Some mouse strains have been kept free of opportunistic infections and pathogens relevant to the species, including mouse hepatitis virus (MHV), by strict application of barrier conditions. The use of separately ventilated cage units (so-called IVC racks) and keeping of mice in cages with filter lids have proven particularly useful. These 160

3 zu werden. So konnten einige Mausstämme durch strikte Anwendung von Barrierebedingungen weiterhin frei von Tierspeziesrelevanten Krankheitserregern, einschließlich dem Maus-Hepatitis Virus (MHV), gehalten werden. Dafür hat sich der Einsatz von einzelbelüfteten Käfigeinheiten (sog. IVC-Racks) oder die Haltung von Mäusen in Käfigen unter Filterdeckeln bewährt. Durch diese Maßnahmen wurden die spezifischpathogen-freien (SPF)-Tiere vor Neuinfektionen wirkungsvoll geschützt. Der Einsatz von IVC-Racks ermöglichte außerdem die erfolgreiche Durchführung von Tierversuchsvorhaben mit immundefizienten Mäusen, wie z. B. mit nude-, scid- oder scid-beige Mäusen in Bereichen mit MHVinfizierten Tieren. Die Einrichtung eines regelmäßig durchgeführten und sehr aufwändigen Hygiene- Monitorings unter Verwendung von Indikator-Tieren (Sentinels) ermöglichte eine kontinuierliche Übersicht über den Hygienestand des gesamten Tierbereichs und eine schnelle Erkennung viraler, bakteriologischer oder parasitologischer Neuinfektionen. Aus- und Fortbildung Zum Jahresende waren 9 Tierpfleger und 16 Biologielaboranten in der Berufsausbildung. In Zusammenarbeit mit universitären und außeruniversitären Forschungseinrichtungen im Münchener Raum nahmen 18 externe Auszubildende regelmäßig am innerbetrieblichen Unterricht teil; 17 davon wurden auf die Zwischen- und Abschlussprüfungen vorbereitet. Im Rahmen des innerbetrieblichen theoretischen und praktischen Unterrichts haben im Berichtszeitraum insgesamt 10 Tierpfleger- und 23 Biologielaboranten-Auszubildende ihre Berufsausbildung erfolgreich abgeschlossen. Eine Mitarbeiterin und ein externer Teilnehmer haben die verwaltungseigene Tierpflegerprüfung in der abgelegt. Am Jahresende waren in der AVM 5,5 Wissenschaftler/-innen, 3 Doktorandinnen und 75 technische Mitarbeiter/-innen einschließlich Tierpfleger/-innen beschäftigt. measures enable the specific pathogen free (SPF) animals to be protected effectively against infection from the environment. The use of IVC racks also makes it possible to perform research successfully with immune deficient mice like nude, scid, or scid-beige mice in areas containing MHV infected animals. An extensive and time-consuming method for hygiene monitoring using indicator animals (sentinels) has been set up. This method enables continuous tracking of the hygiene status of the entire animal area, and rapid recognition of any new virological, bacteriological, or parasitological infection. Vocational and advanced training At the end of 2002, the Department had 8 animal caretaker and 23 biology laboratory assistant trainees. In conjunction with other university and non-university research institutions in the Munich area, a further 18 external trainees participated regularly in the internal training programme, and 17 of them prepared for intermediate and final exams. Within the framework of the theoretical and practical courses offered by the Department, 10 animal caretaker and 23 biology laboratory assistant trainees successfully completed their vocational training during the year. One staff member and one external participant successfully passed the internal animal caretaker examination. Advanced training is offered to biologists and veterinary doctors in the form of regular seminars on topical themes in laboratory animal science and animal protection, and in practical courses in various laboratory animal techniques. One member of staff successfully completed the advanced qualification as Specialist in Laboratory Animal Science [equivalent to Fellow ]. At the end of 2002, the Department had 5.5 scientists, 3 postgraduate students, and 75 technicians and animal caretakers. 161

4 Forschungs- und Entwicklungsprogramm Biologische Funktion von Selenoproteinen Aus den Untersuchungen der Funktion antiapoptotischer Gene in Burkitt-Lymphomzellen wurde festgestellt, dass Selenoproteine eine wichtige Rolle bei der Abwehr von oxidativem Stress in diesem Zellsystem spielen. Expressionsstudien zeigten, dass Überexpression von Selenoproteinen in Zellkultursystemen nur sehr schwer induzierbar ist. Aus diesem Grund konzentrierten sich die weiteren Untersuchungen auf die Funktionsanalyse von Selenoproteinen in Knock-out-Maus-Modellen. Im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms Selenoproteine und in Zusammenarbeit mit dem -Institut für Klinische Molekularbiologie und Tumorgenetik wurden die genomischen Maussequenzen für die Selenoproteine Phosopholipidhydroperoxid Glutathionperoxidase (PHGPx) und mitochondriale Thioredoxinreduktase kloniert, sequenziert und in Gene Targeting-Konstrukte eingebracht. PHGPx-Knockouts zeigten einen stark ausgeprägten Phänotyp bereits in Knock-out-Chimären. Dies zeigte sich durch eine Hodenatrophie, begleitet von Entwicklungsstörungen in der Spermiogenese sowie in zellulären Veränderungen, dargestellt an isolierten Spermien. Die Rolle von PHGPx als Strukturprotein im Spermienmittelstück konnte eindrucksvoll als entsprechende Missbildung an den Spermien nachgewiesen werden. Eine neue Spleissvariante von PHGPx wird ausschließlich in den Kernen reifender Spermatozyten exprimiert und ist dort für die Kondensation des DNA-Protamin-Komplexes verantwortlich. Als komplementärer Ansatz zur Funktionsanalyse von Selenoproteinen wurde eine Kolonie Selen-defizienter Mäuse etabliert, an der nunmehr die Folgen eines teilweisen Ausfalls von Selenoproteinen untersucht werden. Pathogenität endogener Retroviren verschiedener Mausstämme Bei der Untersuchung der Pathogenität endogener Retroviren von verschiedenen Maus-Inzuchtstämmen wurde deren Enhancer-Bereich in der LTR und damit ihr Einfluss auf die Pathogenität im hämatopoietischen- und Skelettsystem untersucht. Akv, das Provirus von AKR-Mäusen induziert B-Zell-Lymphome und Osteopetrose. Der Enhancer von Akv enthält eine Reihe von Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren, u. a. die NF1 site 1 und NF1 site 2- Bindungsstellen. Akv1-99, ein weiteres, dem Akv eng verwandtes Retrovirus induziert in gleichem Maße wie Akv, B-Zell- Lymphome und Osteopetrose. Der Einfluss der Transkriptionsfaktor-Bindestellen auf die Pathogenität und die Knocheninduktion der Viren wurde in Akv1-99 Mutanten, welche Mutationen in einer NF1 site (Akv1-99 m1) oder in beiden NF1 sites (Akv1-99 dm- NF1) tragen, untersucht. Obwohl in den verschiedenen, mit den Mutantenviren infizierten Gruppen jeweils über 95% Lymphome entstanden, waren deutlich unterschiedliche Knochenzuwachsraten feststellbar. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass entscheidende Bereiche für die Knochenläsionen im Retrovirus in den NF1 Bindestellen des Enhancers der proviralen LTR lokalisiert sind. Das TEP Tiererfassungsprogramm Zur Umsetzung der zum in Kraft getretenen neuen Versuchstiermeldeverordnung wurde eine Software (Tiererfassungsprogramm, TEP) erstellt, mit welcher durch einen kombinierten Einsatz von Datenbanken und anwendungsspezifischer Funktionalität die in der Versuchstierzucht und -haltung anfallenden Kosten erhoben und den jeweiligen Nutzern zugeordnet werden können und außerdem der Verwaltungs- und Auswertungsaufwand reduziert werden. TEP erfasst die Tierbestände in Versuchstiereinrichtungen, sowohl die im Bereich der Zucht als auch im Bereich der Experimente, und ordnet die Kosten für Tierpflege und Raumnutzung definierten Nutzern und Kostenstellen zu. TEP erstellt die Jahresstatistiken aller Tiere einer Versuchstiereinrichtung im Sinne der Versuchstiermeldeverordnung. TEP verwaltet Tierversuche einschließlich der Anträge, der jeweils verwendeten Tierzahlen und der Mel- 162

5 dungen an die zuständigen Behörden. TEP erstellt die monatliche Meldung der Versuchstiere an den Tierschutzbeauftragten, die Jahresstatistik sowie das Bestandsbuch für alle in der Zucht gehaltenen Tiere. TEP ist eine auf MS-Access basierende Datenbank und funktioniert als Einzelplatzversion, als Mehrplatzversion oder in einem Netzwerk im Client/Server-Modus auf Laptops oder PC (on/off-line). Nach der Schulung aller MitarbeiterInnen in der Computeranwendung und der Einführung des TEP in den verschiedenen Tierhaltungsbereichen wurden die gesamten Versuchstierbestände und deren laufende Änderungen für das Jahr 2001 nachträglich eingegeben. Für das Jahr 2002 wurden die Daten laufend erfasst. Damit steht nun fristgerecht für die im Rahmen der Projektförderung notwendige laufende Kostenermittlung im Dienstleistungsbereich ein leistungsfähiges Programm zur Verfügung. CryoGene Lehr- und Dienstleistungsgruppe In der von der Abteilung für Vergleichende Medizin zusammen mit dem Institut für Experimentelle Genetik und dem Institut für Entwicklungsgenetik etablierten CryoGene Lehr- und Dienstleistungsgruppe wurden Ovar-, Sperma- und Embryo- Kryokonservierungen zur Langzeit-Asservierung wichtiger Mauslinien durchgeführt. Durch Embryo-Transfers und Weiterzucht der etablierten Mauslinien wurden Versuchstiere generiert, die gemäß FELASA frei von spezifizierten pathogenen Erregern waren. Für die regelmäßige Feststellung des Gesundheitsstatus der Mäuse wurde das Hygiene-Monitoring entsprechend den FELASA-Empfehlungen mit so genannten Sentinel-Tieren weiter entwickelt. Kryokonservierung von Ovarien, Spermien und Mausembryonen. Für die Langzeitkonservierung von Keimzellen der Maus wurden Ovarien von 23 Weibchen und Spermien von insgesamt 2534 Männchen eingefroren. Bei Maus-Embryonen wurden diese im Zweizell-Stadium entnommen und bei 196 C in flüssigem Stickstoff gelagert. Im Jahr 2002 wurden insgesamt 1438 Embryonen aus 6 Mausstämmen neu ins Kryo-Archiv aufgenommen. Von den bisher kryokonservierten Embryonen aus 20 Mausstämmen wurden 876 für die Revitalisierung verwendet. Insgesamt sind derzeit 19 Mauslinien mit Embryonen gelagert. Hygiene-Sanierung und Revitalisierung von Mäuslinien. Die Hygiene-Sanierung von Mauslinien (Wildtyp, Mutante, Knockout) mit bekanntem, bzw. unbekanntem Hygienestatus wurde durch 171 Transfers von Embryonen in SPF-Rezipienten fortgeführt. In 145 Experimenten wurden Maus- Embryonen aus der in vivo und in vitro 2-Zell-Embryo-Produktion aus insgesamt 34 Mausstämmen transferiert und dadurch 27 Mauslinien (79%) generiert. Kryokonservierte 2-Zell-Embryonen wurden aufgetaut und transferiert, wobei 6 von 10 Stämmen (60%) revitalisiert wurden. Im Rahmen des Lehrauftrags für die Aus- und Weiterbildung von qualifiziertem technischem Personal wurden Übungen zur Narkose, Vasektomie, Embryotransfer, Blutentnahme, Superovulation, Präparation von Eizellen und Embryonen und deren qualitative Beurteilung durchgeführt. Hygiene-Monitoring-Programm. Für das in den Maus-Bereichen regelmäßig durchgeführte Hygiene-Monitoring wurden 6 bis 8 Wochen alte männliche CD-1-Sentinel-Mäuse verwendet. Bei ihrem Einsatz in den verschiedenen Barrierebereichen werden sie auf einer Mischung von frischer und gebrauchter Streu aller Versuchsmäuse jeweils eines Tierhaltungsraumes gehalten. Dadurch erhöht sich die Nachweiswahrscheinlichkeit von Infektionserregern in diesen Räumen. Insgesamt wurden für das Hygiene-Monitoring im Berichtszeitraum 992 Sentinel- und Rezipienten- Mäuse, 25 Ratten und 8 Hamster und Seren, bzw. Proben von 7 Kaninchen verwendet. Dabei wurde im Vergleich zum Vorjahr ein gleichbleibender Hygienestatus festgestellt. 163

6 Dienstleistungsaufgaben Konventionelle, Filtertop- und IVC-Haltung von Mäusen Durch die zunehmende Verwendung von einzeln belüfteten Käfigsystemen (IVC) in verschiedenen Haltungsbereichen sowie die Haltung von Mäusen unter Filterdeckeln war es möglich, MHV-freie Mäuse in unmittelbarer Nähe von MHV-infizierten Mäusen zu züchten. Zum Jahresende 2002 wurden die Sanierungsarbeiten in den Maushäusern A und B abgeschlossen. Die MHV-freien Mäuse aus dem Maushaus C wurden in das neu sanierte Maushaus B transferiert und unter SPF-Bedingungen weiter gezüchtet. Im Isotopenhaus wurde die Nacktmaus- Kolonie räumlich getrennt und unter SPF- Bedingungen weiter gezüchtet. Die Experimente mit diesen Mäusen wurden weiterhin erfolgreich in IVC-Racks durchgeführt. Das Umsetzen aller in IVCs gehaltenen Mäuse wurde in Laminar-Flow-Umsetzstationen mit linear höhenverstellbaren Arbeitsbereichen durchgeführt. Dies bedeutet bei gleichbleibendem Objekt- und Personenschutz eine erheblich verbesserte Arbeitsplatzqualität. Dieser Qualitätsstandard erforderte andererseits einen erheblichen Mehraufwand an Investitionen, Betriebsmittel und Personal. Standardisierung der Haltungsbedingungen und Hygienemonitoring Zur weiteren Standardisierung und Verbesserung der Haltungsbedingungen und des Hygienestatus von Mäusen wurden in der neu eingerichteten Deutschen Mausklinik (GMC, German Mouse Clinic) sowie in den Maushäusern B, C und D, im Bereich Nuklearbiologie, in der Quarantänestation und in der Strahlenhalle IVC (individuell belüftete Käfige) Racks verwendet. Alle Barrierebereiche sowie ein Teil der konventionellen Bereiche konnten damit frei von MHV-Infektionen gehalten werden. Die in der Abteilung entwickelte und unter dem Produktnamen VR BioScreen lizensierte Vorrichtung zur kontinuierlichen Erfassung von Keimen und Krankheitserregern in der IVC-Käfigluft wurde weiterentwickelt. Beagle-Kolonie Mit den Hunden der Beagle-Kolonie und mit den Labradors im Hundehaus I und II wurden die Langzeitexperimente im Rahmen der -Knochenmarktransplantationsstudie sowie die Bereitstellung von Blutproben für die Medizinische Tierklinik der LMU weitergeführt. Außerdem wurden Forschungsvorhaben mit dem Klinikum der LMU, Großhadern, mit der Gynäkologischen und Andrologischen Tierklinik, dem Institut für Physiologie und dem Institut für Tierschutz, Verhaltenskunde und Tierhygiene der LMU durchgeführt. Durch die Auslagerung der unter Langzeitbeobachtung stehenden Beagle in eine Hundepension wurde die Hundezucht und - -haltung im Hundehaus II zum Jahresende eingestellt. Aus- und Fortbildung Die fachspezifische Aus- und Fortbildung von Biologen und Tierärzten erfolgte in regelmäßigen Seminaren zu aktuellen Themen der Versuchstierkunde und des Tierschutzes sowie in der praktischen Einweisung verschiedener Versuchstiertechniken. Ein Mitarbeiter schloss die Weiterbildung erfolgreich ab und wurde zum Fachtierarzt für Versuchstierkunde ernannt. Zusammenarbeit Hahn Meither Institut, Abtl. Spurenelemente in Gesundheit u. Ernährung, Berlin Deutsches Inst. f. Ernährungsforschung, Abt. Vitamine u. Atherosklerose, Bergholz-Rehbrücke Gynäkologische und Ambulatorische Tierklinik, LMU, München Abteilung für Innere Medizin I, Medizinische Fakultät der Universität Ulm Laboratory of Genetics, Division of Basic Sciences, NCI, NIH, Bethesda, MD, USA Dept. of Microbiology, UCSF, San Francisco, USA Dept. of Molecular and Structural Biology, University of Aarhus, Dänemark Sagres Discovery, Davis, CA, USA 164