Retortenbabys für Nashörner

Wenn bedrohte Arten durch natürliche Vermehrung selbst unter besten Bedingungen nicht mehr zu retten sind, dann kommt Biotechnologie zum Zug – mit Maßnahmen von Reagenzglasbefruchtung bis Klonieren. Pandas, Nashörner und Schwarzfußiltisse bekommen bereits solche Unterstützung aus dem Labor.

Die nördliche Unterart des Breitmaulnashorns (Ceratotherium simum cottoni) ist nahezu ausgestorben. Es existieren nur noch zwei weibliche Tiere dieser Unterart, die Mutter und Tochter sind. Ein internationales Forschungsteam am Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) in Berlin, geleitet von Thomas Hildebrandt, will die Unterart nun wieder zurück zum Leben bringen. In ihrem Biorescue-Forschungsprojekt nutzen sie Eizellen der jüngeren Überlebenden und gefrorene Samenproben aus Biobanken für die künstliche Befruchtung.¹⁾ Bis Juli gewannen sie – trotz Schwierigkeiten aufgrund der Coronakrise – bereits 80 Eizellen und haben zwölf Retorten-Embryonen erzeugt. Noch vor Ende des Jahres will das Team erste Embryonen in Leihmütter der nahe verwandten südlichen Unterart des Breitmaulnashorns implantieren.

Reife Eizellen aus nur zwei überlebenden, miteinander verwandten Individuen zu erhalten ist schwierig. Selbst mit optimaler Hormonbehandlung reifen immer nur wenige Eizellen heran, die mit erheblichem Aufwand extrahiert werden müssen – und die genetische Vielfalt, die eine Art zum Überleben braucht, kommt so nicht zurück. Deshalb entwickelt die Arbeitsgruppe von Suzannah Williams an der Universität Oxford im Rahmen des Rhino Fertility Project Methoden, um reife Eizellen im Reagenzglas aus den Eizellvorläufern zu gewinnen, den unreifen Follikeln (Eibläschen).

Da Nashörner keine Wechseljahre kennen, lassen die Follikel sich auch älteren oder frisch verstorbenen (und dann eingefrorenen) Tieren entnehmen. Gelingt es, die Eibläschen im Labor reifen zu lassen, wäre dies eine ergiebige Quelle für Eizellen und Retortenbabys. Erste Versuche in Oxford werden mit weniger stark gefährdeten Nashorn-Arten ausgeführt. Allerdings finden sich alle fünf überlebenden Arten auf der Roten Liste der bedrohten Arten und könnten eines Tages auch auf die Hilfe aus dem Labor angewiesen sein.

Einen weiteren Schritt entfernt von natürlicher Fortpflanzung ist, Keimbahnzellen aus induzierten pluripotenten Stammzellen herzustellen. So ließen sich Spermien und Eizellen aus beliebigen Körperzellen gewinnen, die in Biobanken verfügbar sind. Gerade zur Wiederbelebung ausgestorbener oder stark reduzierter Arten ist dies attraktiv, denn die genetische Vielfalt lässt sich im Labor auf dem Niveau der Stammzellen wieder herstellen, sogar bevor Embryonen und lebende Tiere erzeugt werden. Die nötigen Techniken waren bisher nur bei Mäusen erfolgreich. Sie sind entsprechend der artspezifischen Besonderheiten in der Fortpflanzungsbiologie anzupassen und weiterzuentwickeln.²⁾

Katzen und Löwen

Auch bei den katzenartigen Raubtieren sind einige Arten vom Aussterben bedroht, und auch hier macht die Forschung der künstlichen Befruchtung Fortschritte. Forscher:innen am Leibniz-IZW haben ein Verfahren entwickelt, Eizellen von Hauskatzen unbeschadet einzufrieren.³⁾ Das Verfahren übertrugen sie auf Löwen, und die Eizellen aus der Kühltruhe ließen sich befruchten.⁴⁾ Allerdings entwickelten sich die Löwenembryonen aus tiefgefrorenen Eizellen nicht weiter als bis zum Zweizellstadium, während die aus lediglich gekühlt gelagerten sich normal entwickelten. Der Grund dafür ist unklar.

Um die zellulären Grundlagen der Fortpflanzung bei Katzenartigen besser zu verstehen, charakterisierte die Arbeitsgruppe von Beate Braun am Leibniz-IZW die kompletten Boten-RNAs – also das Transkriptom – von Eizellen in allen Entwicklungsstadien. Dies gelang anhand von Follikelgewebeproben, die Hauskatzen im Rahmen routinemäßiger Sterilisierungen entnommen wurden.

Die Ergebnisse enthüllten ein Netzwerk von Einflüssen sowohl chemischer als auch räumlicher Natur. Nur wenn die Hormonsignale und die Umgebungsbedingungen stimmen, reift eine Eizelle heran, die sich dann befruchten lässt. Diese Bedingungen müssen für zu schützende Arten erst gefunden werden.

Pandas und Schwarzfußiltisse

Das Spektrum der möglichen Eingriffe in die Fortpflanzung bedrohter Arten reicht von der klassischen Reagenzglasbefruchtung bis zum Klonen. Pandabären zum Beispiel sind dafür bekannt, in Gefangenschaft das Interesse am Sex zu verlieren – hier versuchen Menschen schon seit Jahren, mit künstlicher Befruchtung nachzuhelfen. Die Erfolge finden meist großes Echo in den Medien. Seit 2009 lassen sich auch eingefrorene Samen nutzen, was die Aufrechterhaltung der genetischen Vielfalt in der weltweiten Population von Pandas in Zoos erleichtert.

Unterdessen haben sich die freilebenden Pandas, die im 20. Jahrhundert als bedroht galten, so weit erholt, dass sie in der Roten Liste der IUCN nur noch gefährdet (vulnerable) sind, nicht mehr stark gefährdet (endangered).

Beim Schwarzfußiltis in Nordamerika, den in den 1980er Jahren nur nur ein massives Rettungsprogramm vor dem Aussterben bewahrte, haben Artenschützer:innen die ganze Palette der Maßnahmen aufgeboten. Diese einst in den Steppen Nordamerikas weit verbreitete Art war durch Landschaftsveränderung, Verlust von Beutespezies und die Pest auf eine aussichtslose Restpopulation von 18 Tieren geschrumpft. Diese wurden gefangen und gezielt vermehrt, wobei die künstliche Befruchtung dazu diente, Inzuchtschäden zu minimieren und die verbleibende genetische Vielfalt zu erhalten, was im Rahmen des Möglichen auch gelang.

Demselben Zweck dient auch das Klonen von Schwarzfußiltissen, die im Dezember 2020 erstmals erfolgreich war. Hier geht es nicht, wie die umgangssprachliche Verwendung des Begriffs suggerieren könnte, darum, viele gleiche Tiere zu erzeugen. Im Gegenteil: Ausgestorbene Unterschiede sollen wiederbelebt werden.

Beim Klonen von Säugetieren, das erstmals im Jahr 1996 bei dem Schaf Dolly gelang, wird einer entkernten Eizelle der Zellkern einer somatischen Zelle derselben Art implantiert, also einer Zelle, die normalerweise nicht an der Fortpflanzung beteiligt ist. Der Zellkern kann aus eingefrorenen Geweben verstorbener Tiere stammen und somit deren Erbgut wieder in die genetisch verarmte Population einbringen.

Da das Klonen eine ethisch sensible Angelegenheit ist, haben Samantha Wisely von der University of Florida in Gainsville und Kolleg:innen das Konzept zur Rettung genetischer Vielfalt einer detaillierten ethischen Begutachtung unterzogen, und zwar anhand der Fallstudie der Schwarzfußiltisse.⁶⁾ Sie folgerten: Das Projekt ist aufgrund des hohen Nutzwerts, der Rettung einer schon beinahe ausgestorbenen Art, gerechtfertigt. Sie regen allerdings auch an, die Ausführung des Projekts detailliert zu dokumentieren und öffentlich zu machen, damit es der öffentlichen Diskussion über mögliche zukünftige Projekte als Musterfall zur Verfügung steht.

Zurück ins Leben

Könnte man mit Klonen auch ausgestorbene Arten zurückbringen, etwa das Wollhaarmammut? Solche Ideen kommen immer wieder mal auf – insbesondere wenn Genomsequenzen solcher längst verschwundenen Arten erstellt werden, etwa mit tiefgefrorenen Zellen aus dem Permafrost Sibiriens. Die Fortschritte in der Sequenzierung alter und beschädigter DNA etwa von Neandertalern und Denisovanern sowie den Tieren des Pleistozäns sind beeindruckend. Die Qualität des dabei verwendeten DNA-Materials reicht allerdings nicht, um damit neues Leben zu erzeugen und ausgestorbene Tierarten wieder auferstehen zu lassen.

Jüngst erst ging die Meldung um die Welt, dass eine neu gegründete Firma namens Collossal unter Beteiligung des Genom-Vordenkers George Church von der Harvard-Universität ein Mammut klonen wolle. Tatsächlich aber ist der Plan etwas bescheidener: Das Unternehmen will einige aus dem Mammutgenom bekannte Genvarianten, die für das Überleben im kalten Sibirien nötig sind, in das Erbgut asiatischer Elefanten einschmuggeln, die an wärmeres Klima gewöhnt sind. Ein so erzeugtes GM-Tier wäre praktisch eine neue Art, könnte die ökologische Nische des Mammuts füllen und dazu beitragen, das Ökosystem der sibirischen Tundra zu bewahren.

Im fernen Nordosten Sibiriens gibt es bereits das Schutzgebiet Pleistocene Park, in dem die Lebensbedingungen der Megafauna des Pleistozän rekonstruiert werden.⁷⁾ Dort könnten die Arktis-Elefanten auch ein Zuhause finden. Bis es soweit kommt, müssten allerdings die oben beschriebenen Grundlagenforschungen zur Eizellreifung und zur künstlichen Befruchtung erst einmal für Elefanten durchgeführt werden. Das wird Jahre dauern. Und auch danach ist Geduld angesagt, da der Lebenszyklus von Elefanten recht lang ist, mit einer Tragezeit von 22 Monaten und weiteren zehn Jahren bis zum Erwachsenenalter.

Nicht zuletzt werden Ethikanalysen dieses Projekt vermutlich weniger wohlwollend einstufen als die Klonen zur Schwarzfußiltisrettung. Zumal es noch genügend weitere Arten gibt, welche die Wissenschaft retten könnte, bevor sie sich damit befasst, neue zu erfinden.

Der promovierte Chemiker Michael Groß ist freier Wissenschaftsjournalist in Oxford, England. www.michaelgross.co.uk

AUF EINEN BLICK

Inzwischen gibt es Projekte, die gefährdete Tierarten durch künstliche Befruchtungen am Leben erhalten.

Es kann langwierig sein, die passenden Bedingungen für eine künstliche Reproduktion gefährdeter Arten zu finden.

Auch ausgestorbene Arten lassen sich möglicherweise durch Genmanipulation lebender Arten und Klonen nachahmen.

Wissenschaftler:innen diskutieren, was ethisch vertretbar ist.

• ¹ B. de Mori, M. M. Spiriti, I. Pollastri et al., J. Appl. Anim. Ethics Res. 2021, 11, 312
• ² T. B. Hildebrandt, R. Hermes, F. Goeritz et al., Theriogenology 2021, 169, 76
• ³ M. Colombo, J- Zahmel, C. Binder et al., Cryobiology 2021, 98, 181
• ⁴ J. Zahmel, S. Jänsch. K. Jewgenow et al., Cryobiology 2021, 98, 146
• ⁵ S. Kehoe, K. Jewgenow, P. R. Johnston, S. Mbedi, B. C. Braun, Sci. Rep. 2021, 11, 2683
• ⁶ R. L. Sandler, L. Moses, S. M. Wisely, Biol. Conserv. 2021, 257, 109118
• ⁷ C. Beer, N. Zimov, J. Olofsson, P. Porada, S. Zimov, Sci. Rep. 2021, 10, 4179

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