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Arterhaltung

Aus Hautzellen sollen Nashörner werden

Die letzten ihrer Art: Fatu und Najin müssen in der Ol Pejeta Conservany rund um die Uhr von Leibwächtern bewacht werden. © Jan Zwilling, BioRescue

Obwohl nur noch zwei Weibchen übriggeblieben sind, ist das Aus des Nördlichen Breitmaulnashorns noch nicht besiegelt: Forscher berichten über Erfolge beim Ziel, die Art mittels Stammzelltechnik zu erhalten. Es ist ihnen gelungen, aus eingefrorenen Hautzellen eines bereits verstorbenen Exemplars sogenannte pluripotente Stammzellen zu erzeugen. Aus ihnen könnten sich nun Nashorn-Eizellen generieren lassen, hoffen die Wissenschaftler.

Lebensraumverlust und vor allem das begehrte Horn wurden dem Nördlichen Breitmaulnashorn (Ceratotherium simum cottoni) zum Verhängnis. Im Jahr 2018 kam dann die Nachricht, die das Schicksal der Art endgültig zu besiegeln schien: Der letzte Bulle war gestorben. Damit waren nur noch die beiden Nashorndamen Fatu und Najin übriggeblieben. Natürliche Fortpflanzungsmöglichkeiten gab es somit nicht mehr. Dennoch wollten sich die Freunde der charismatischen Dickhäuter noch nicht geschlagen geben: Für den Fortbestand der Art werden im Rahmen des internationalen Konsortiums BioRescue alle Register der Reproduktionstechnik gezogen.

Dabei verfolgen die Wissenschaftler zwei Strategien: Verfahren der assistierten Reproduktion sollen für Nachwuchs sorgen und außerdem wollen sie im Labor aus Hautzellen des Nördlichen Breitmaulnashorns Stammzellen und schließlich Eizellen erzeugen. Was die assistierte Reproduktion betrifft, ist das Team bereits weit vorangekommen: Der Nashorndame Fatu wurden Eizellen entnommen und im Labor mit dem aufgetauten Sperma des letzten Bullen befruchtet. So sind mittlerweile 14 Embryonen entstanden, die nun in flüssigem Stickstoff lagern. Sie sollen bald Leihmüttern des Südlichen Breitmaulnashorns einpflanzt werden, um für Nachwuchs zu sorgen.

Ein zweiter Ansatz ist nötig

Um für eine Basis zum Fortbestand der Art zu sorgen, reicht das aber nicht aus. „Najin und Fatu sind zu eng miteinander verwandt und ihre Erbanlagen teilweise identisch“, sagt BioRescue-Projektleiter Thomas Hildebrandt vom Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung. „Von Najin konnten wir aufgrund ihres Alters und Beeinträchtigungen im Reproduktionstrakt auch keine Eizellen gewinnen, aus denen erfolgreich Embryonen erzeugt werden konnten. Alle 14 Embryonen stammen deshalb von Fatu. Wir brauchen daher dringend eine komplementäre Strategie, um von deutlich mehr Individuen Gameten – also Eizellen und Spermien – zu erzeugen.“

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Deshalb verfolgt das Team zusätzlich die Stammzell-Strategie. Dabei ist das Team um Vera Zywitza vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin (MDC) nun einen großen Schritt vorangekommen. Wie sie erklären, sind für die Erzeugung von Eizellen besondere Einheiten nötig: sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen), die theoretisch aus allen Zellen des Körpers gewonnen werden können. Zywitza und ihre Kollegen arbeiten bei der Entwicklung ihres Verfahrens eng mit Forschern zusammen, die bereits bei Mäusen erfolgreich waren: Dem Team um Katsuhiko Hayashi von der japanischen Kyushu-Universität gelang es 2016 aus Hautzellen der Nager Eizellen zu generieren, diese künstlich zu befruchten und weiblichen Mäusen einzupflanzen. So entstand gesunder und fruchtbarer Nachwuchs.

Ein Nashorn ist allerdings keine Maus – die Übertragung des Verfahrens erwies sich als schwierig. Dennoch ist es dem BioRescue-Team nun gelungen, Nashorn-iPS-Zellen aus Haut herzustellen. Das Ausgangsmaterial stammte dabei von der Nashornkuh Nabire, die 2015 in einem Zoo gestorben ist. Wie die Forscher berichten, waren sie mit der Technik der sogenannten episomalen Reprogrammierung erfolgreich. Dabei haben sie zunächst zusätzliche genetische Informationen über spezielle DNA-Träger in die Hautzellen eingeschleust – sogenannte Plasmide. Sie vermittelten Funktionen, die Hautzellen schließlich in sogenannte naïven iPS-Zellen verwandeln konnten. „Die erfolgreiche Konvertierung in den naïven Zustand der Pluripotenz stellte einen vielversprechenden Ausgangspunkt dar, um Keimbahnzellen zu generieren“, sagt Zywitza.

Chance auf den Arterhalt

Die durch das Plasmid-Verfahren erzeugten Zellen eignen sich zwar gut, um die Stammzellen des Nashorns an sich zu erforschen und ihre verschiedenen Zustände besser zu verstehen. Sie lassen sich allerdings nicht für die Erzeugung von Keimzellen nutzen, da sie noch das störende genetische Fremdmaterial enthalten, erklären die Wissenschaftler. Doch wie das MDC berichtet, ist es dem Team mittlerweile auch gelungen, iPS-Zellen durch ein alternatives Verfahren zu erzeugen. Dabei wurden die Reprogrammierungsfaktoren nicht durch Plasmide eingeschleust, sondern mithilfe von RNA-Viren. Diese neuen iPS-Zellen enthalten anschließend nichts mehr, was nicht hineingehört, heißt es in der Mitteilung. Dieses Material kann somit nun dazu dienen, Vorläuferzellen von Eizellen herzustellen.

Aus den iPS-Zellen könnte zudem eine weitere Komponente entstehen, die für den Erfolg des Vorhabens nötig ist, berichten die Forscher: Eierstockgewebe. Denn wie sie erklären, reifen Vorläuferzellen nur zu Eizellen heran, wenn sie von diesem Material umgeben sind. „Wir müssen also sowohl Vorläuferzellen kreieren als auch Eierstockgewebe“, sagt Zywitza. Auch dabei steht das BioRescue-Team mit Katsuhiko Hayashi in engem Austausch. Denn er hat auch bereits erfolgreich Eierstockgewebe aus Stammzellen von Mäusen erzeugt.

„Funktionsfähige Eizellen des nördlichen Breitmaulnashorns – das wäre die Krönung unserer Forschungsarbeit“, sagt Sebastian Diecke vom Max-Delbrück-Centrum. Die Erfolge könnten ihm zufolge auch Vorbildcharakter haben: Gelingt die Fortpflanzung aus Stammzellen beim Nashorn, könnten auf diese Weise auch andere bedrohte oder vom Menschen bereits ausgerottete Arten wiederbelebt werden. Ausgangsmaterial steht dabei häufig zur Verfügung: Im Frozen Zoo – dem „Gefrorenen Zoo“ – am Beckman Center for Conservation Research in San Diego und in der Biobank des Instituts für Wildtierforschung in Berlin lagern Zellkulturen von mehr als 1000 bedrohten Arten. Abschließend betont Diecke allerdings: „Mir würde es jedoch am besten gefallen, wenn unser Ansatz nie verwendet werden müsste und mehr für die Arterhaltung getan wird, bevor es zu spät ist“, so der Wissenschaftler.

Quelle: Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin

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