Weltweit erster erfolgreicher Embryotransfer bei Nashörnern ebnet den Weg zur Rettung der nördlichen Breitmaulnashörner

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Embryotransfer des BioRescue-Teams am 24. September 2023 in Kenia | Quelle: Jan Zwilling | Copyright: Jan Zwilling / Leibniz-IZW | Download

Dieser wissenschaftliche Durchbruch ebnet den Weg, dieselbe Technik auch bei den hochbedrohten Nördlichen Breitmaulnashörnern anzuwenden, um sie vor dem Aussterben zu bewahren.
Am 24. September 2023 transferierte das BioRescue-Team zwei südliche Breitmaulnashorn-Embryonen in die Leihmutter Curra, ein südliches Breitmaulnashorn. Die Eizellen, die zur Erzeugung der Embryonen verwendet wurden, stammten von Elenore, einem südlichen Breitmaulnashorn, das im belgischen Zoo Pairi Daiza lebt. Das für die Befruchtung verwendete Sperma stammte von dem Männchen Athos aus dem Zoo Salzburg in Hellbrunn, Österreich, ebenfalls ein südliches Breitmaulnashorn. Die Eizellen von Elenore wurden in-vitro durch intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI) befruchtet und zu Blastozysten entwickelt. Diese wissenschaftlichen Arbeiten wurden in den Avantea Laboratories in Cremona, Italien, durchgeführt, einem Mitglied des BioRescue-Konsortiums. Für den Embryotransfer in Kenia transferierte das BioRescue-Team zwei Embryonen, um die Chancen auf ein erfolgreiches Ergebnis zu erhöhen.
Bislang hat das BioRescue-Team 13 Embryotransfers an Nashörnern durchgeführt, drei in Kenia und zehn in Europa. Der Embryotransfer, der bei Haustieren weit verbreitet ist, wurde bei Nashörnern noch nie versucht. Das BioRescue-Wissenschaftsteam hat diese reproduktionsmedizinische Methode in jahrzehntelanger Forschung entwickelt.
Weltweit gibt es derzeit nur noch zwei Nördliche Breitmaulnashörner. Beide sind weiblich: Najin und ihre Tochter Fatu. Darüber hinaus werden lebende Zellen von 12 verschiedenen Nördlichen Breitmaulnashörnern in flüssigem Stickstoff gelagert. Die letzten beiden Weibchen leben in Kenia, in der Ol Pejeta Conservancy, wo sie Tag und Nacht bewacht und gepflegt werden. Im Rahmen des BioRescue-Artenschutzforschungs-Projektes wurden seit 2019 bereits 30 Embryonen des Nördlichen Breitmaulnashorns erzeugt und kryokonserviert. Die Embryonen lagern in flüssigem Stickstoff bei minus 196 Grad Celsius in Berlin und Cremona. Sie warten auf den Embryotransfer in Leihmütter der südlichen Unterart. Mit dem jetzt gelungenen wissenschaftlichen Nachweis, dass es funktioniert („proof of concept“), kann das BioRescue-Team nun den ersten Embryotransfer mit einem nördlichen Breitmaulnashorn-Embryo durchführen.
Der Embryotransfer bei Nashörnern ist als veterinärmedizinisches und wissenschaftliches Verfahren völliges Neuland. Alle Protokolle, Methoden und technische Geräte mussten von Grund auf selbst entwickelt werden. Wie bei allen BioRescue-Untersuchungen üblich, werden auch die Embryotransfers von einer ethischen Bewertung durch die Universität Padua in Italien begleitet. Dies war auch im September 2023 der Fall, als das gesamte Team des Embryotransfers einen entsprechenden Fragebogen vor der Prozedur ausfüllten musste, in dem alle möglichen Szenarien vor, während und nach der Prozedur und die damit verbundenen Risiken für Tiere und Teilnehmende bewertet wurden.
Der vasektomierte und unfruchtbare Bulle Ouwan paarte sich am 17. und 18. September mit Curra, was den idealen Zeitpunkt für den Embryotransfer anzeigte, der am 24. September stattfand. Nach der Prozedur bis in den November 2023 hinein wurde Curra kontinuierlich im Gehege in der Ol Pejeta Conservancy beobachtet. Während dieses Zeitraums zeigte Ouwan kein weiteres Interesse an Curra, was ein erstes Anzeichen für einen erfolgreichen Embryotransfer war. Das BioRescue-Team sollte am 28. November eine Trächtigkeitskontrolle bei Curra durchführen, jedoch wurden am 22. November zunächst Ouwan und am 25. November Curra tot aufgefunden. Der Grund dafür lag bei extremen Regenfällen, die zu einer Überschwemmung des Geheges der Leihmütter führten. Aus tieferen Erdschichten konnten so Sporen von Clostridien an die Erdoberfläche gelangen. Die Sektion der Tiere ergab eine schwere systemische Infektion mit Clostridien und eine daraus resultierende Vergiftung durch das bakterielle Toxin. Außerdem wurde festgestellt, dass Curra mit einem 70 Tage alten, 6,4 cm langen männlichen Fötus trächtig war. Entnommene Gewebeproben des Fötus wurden am das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin und am Leibniz-IZW in Berlin genetisch untersucht. Anfang Januar 2024 bestätigten die DNA-Analysen des Fötus, dass Curra mit dem transferierten Embryo trächtig war.
Als das BioRescue-Team am 28. November 2023 in Kenia eintraf, deuteten die ersten Untersuchungsergebnisse auf eine Vergiftung mit den Clostridium-Bakterienstämmen Paraclostridium bifermentans und Paenicolostridium sordellii hin. Unmittelbar nach dem Vorfall bildete das BioRescue-Team, dem der Kenya Wildlife Service, das Wildlife Training and Research Institute, die Ol Pejeta Conservancy und der Safari Park Dvůr Králové angehören, vor Ort einen Krisenstab und leitete schnell wirksame Maßnahmen zum Schutz aller in menschlicher Obhut lebender Nashörner ein, darunter auch die beiden letzten Nördlichen Breitmaulnashörner Najin und Fatu. Zu den Maßnahmen gehörten ein Impfprogramm, die Quarantäne der betroffenen Gebiete und die Einzäunung neuer Schutzgehege.
Der bedauerliche Verlust der zwei Nashörner verzögern die BioRescue-Forschungsarbeiten um mehrere Monate, da erst ein neuer Anzeiger-Bulle etabliert und parallel neue Leihmütter ausgewählt werden müssen. Der Bulle zeigt durch Paarungsverhalten an, wann eine Leihmutter empfängnisbereit ist. Erst nach diesen Schritten kann ein Embryotransfer mit einem Nördlichen Breitmaulnashorn-Embryo erfolgen.
Das BioRescue-Forschungsprojekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über einen Zeitraum von sechs Jahren mit bis zu rund 6 Millionen Euro gefördert.

Zitate

Thomas Hildebrandt, Projektleiter von BioRescue, Leibniz-IZW
“Die Technik des Embryotransfers ist für den Menschen und für domestizierte Tiere wie Pferde oder Kühe gut etabliert. Aber für Nashörner war es völliges Neuland und alles, von der Herangehensweise über die Verfahrensprotokolle bis hin zu den erforderlichen Geräten, musste erfunden, entwickelt, erprobt und getestet werden, damit sie sicher angewendet werden konnten. Gemeinsam mit dem Team und vielen professionellen Partner:innen habe ich die Geräte entwickelt, mit denen die erforderliche Stelle, an der der winzige Embryo in ein zwei Tonnen schweres Tier eingeführt werden kann, tatsächlich gefunden und erreicht werden kann. Es hat viele Jahre gedauert, bis wir erfolgreich waren. Und wir sind überwältigt, dass wir jetzt den Beweis haben, dass diese Technik perfekt funktioniert. Es ist bitter, dass dieser Meilenstein unter so tragischen Umständen mit dem Tod der Leihmutter Curra und ihres Kalbes bestätigt wird, aber ich bin mir sicher, dass dieser Konzeptnachweis eine Wende für das Überleben des Nördlichen Breitmaulnashorns und die Gesundheit der zentralafrikanischen Ökosysteme bedeutet. Der Nachweis kommt gerade rechtzeitig, um eine Trächtigkeit mit einem Nördlichen Breitmaulnashorn-Embryo zu erzeugen. Wir wollen, dass der Nachwuchs noch jahrelang mit Najin und Fatu zusammenlebt, um das Sozialverhalten seiner Art zu lernen. Obwohl Embryonen sehr lange in flüssigem Stickstoff gelagert werden können, haben wir es eilig, ein Nördliches Breitmaulnashornbaby auf die Welt zu bringen - mit diesem Konzeptnachweis kann es uns in zwei bis drei Jahren gelingen. BioRescue ist so erfolgreich, weil wir in der Lage waren, ein so großartiges Team, das BioRescue-Konsortium, zu bilden. Wahrscheinlich ist dies einer der wesentlichen Unterschiede zu anderen anspruchsvollen Erhaltungsansätzen.”

Frank Göritz, leitender Tierarzt im BioRescue-Projekt, Leibniz-IZW
“Das Veterinärteam ist stets bemüht, die Sicherheit der Tiere - und aller Menschen - bei Prozeduren wie dem Embryotransfer bei Nashörnern zu gewährleisten. Was wir hier erforschen und umsetzen, geht weit über die Routine von Tierärzt:innen hinaus. Der Embryotransfer mit Curra am 24. September verlief reibungslos und ohne jegliche Komplikationen, wie alle bisherigen Eingriffe von BioRescue in Kenia. Als verantwortlicher Narkosearzt habe ich immer Angst, dass eines Tages etwas nicht nach Plan läuft. Aber den Tod eines Tieres mitzuerleben, mit dem wir so lange gearbeitet haben, aus Gründen, die außerhalb der eigenen Einflussnahme liegen, ist deprimierend. Wir versuchen, alle Faktoren, die sich auf das Wohlergehen der Tiere auswirken, unter Kontrolle zu halten, aber in der Natur kann nicht alles kontrolliert werden, und manchmal werden unsere Pläne durch starke Regenfälle oder eine Krankheit durchkreuzt. Es ist sehr traurig, aber wir versuchen, nach vorne zu schauen und es als einen Meilenstein für die BioRescue-Mission zu sehen.”

Susanne Holtze, Wissenschaftlerin im BioRescue-Projekt, Leibniz-IZW
“BioRescue verfolgt alternative wissenschaftliche Ansätze, um neue Nachkommen für die Nördlichen Breitmaulnashörner zu erzeugen und die größtmögliche genetische Vielfalt ihrer künftigen Population zu gewährleisten. Zu diesen Strategien gehören fortschrittliche Techniken der assistierten Reproduktion und der Stammzellforschung sowie – in der Zukunft – die Rückführung verlorener genetischer Informationen, die sich in Museumsproben befinden. Aber alle diese Strategien setzen voraus, Embryonen in vitro zu erzeugen und sie erfolgreich in Leihmütter einzusetzen, um eine Trächtigkeit zu erzeugen. Deshalb ist die Methode des Embryotransfers so entscheidend für unsere Mission, und der aktuelle Erfolg ist ein großer Meilenstein.”

Jan Stejskal, BioRescue-Projektkoordinator, Safari Park Dvůr Králové
“Mit diesem erfolgreichen Embryotransfer hat das BioRescue-Team den Weg für die Geburt des ersten Nördlichen Breitmaulnashornkälbchens durch künstliche Fortpflanzung geebnet. Wir wollten zunächst beweisen, dass unser Ansatz mit dem Südlichen Breitmaulnashorns funktioniert, da es von dieser Unterart noch sehr viele Tiere gibt. Nachdem wir diesen Schritt gemeistert haben, können wir nun zum ersten Mal einen Embryo eines Nördlichen Breitmaulnashorns für den Embryotransfer verwenden. Unser aktueller Erfolg zeigt auch das große Potenzial, das Zoos bei der Rettung bedrohter Arten haben, denn alle Embryonen, die zu diesem Erfolg geführt haben, wurden dank der intensiven Zusammenarbeit mit europäischen Zoos erzeugt. Wenn wir als Wissenschaftler:innen und Zooexpert:innen mit Naturschützer:innen vor Ort zusammenarbeiten, sind wir viel schlagkräftiger, als alleine.“

Cesare Galli, CEO der Avantea Laboratories
In der Forschung rechnet man mit Rückschlägen, und wir hatten davon einige, aber wir haben es dennoch geschafft! Wir haben gezeigt, dass sich der Embryo, den wir in die Gebärmutter des Südlichen Breitmaulnashorns Curra übertragen haben, zu einem gesunden männlichen Fötus entwickelt. Die DNS-Tests zeigen eindeutig, dass der Fötus von unserem Embryotransfer stammt. Das beweist, dass das von Avantea in Cremona, Italien, entwickelte Verfahren der In-vitro-Reifung von Eizellen, der ICSI, des Heranwachsens eines Embryos und der Kryokonservierung erfolgreich ist. Der Rückschlag durch den Tod zweier Tiere ist sehr tragisch, aber er verkürzte die Zeit, die wir für die Überprüfung einer Trächtigkeit gebraucht hätten. Beim Pferd, dem engsten Verwandten des Nashorns, kommt es in den ersten 50 Tagen am häufigsten zu Verlusten des Fötus. Die Entwicklung dieses Fötus deutet darauf hin, dass die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Geburt bei über 95 % gelegen hat. Aufgrund dieser Entwicklung sind wir der Meinung, dass der Embryotransfer bedenkenlos mit den Nördlichen Breitmaulnashorn-Embryonen durchgeführt werden kann, und zwar ein ganzes Jahr früher als erwartet.”

Barbara DeMori, Leiterin des Ethik-Labors für Veterinärmedizin, Naturschutz und Tierschutz, Abteilung für vergleichende Biomedizin und Lebensmittelwissenschaft der Universität Padua
“BioRescue hat erstmalig eine Blaupause für eine ethische Überwachung internationaler Naturschutzforschungsprojekte entwickelt. Alle Schritte des BioRescue-Projekts werden ständig auf die Einhaltung von Tierschutzstandards, wissenschaftlicher Qualität und Sicherheit für die beteiligten Tiere und Menschen hin überprüft. Es gibt Dinge, die wir nicht kontrollieren können, aber mit BioRescue haben wir die höchstmöglichen ethischen Standards für Naturschutzforschungsprojekte geschaffen. Wir führen ein kontinuierliches ethisches Monitoring routinemäßig durch, um Risiken zu vermeiden. Dabei beziehen wir auch die Meinungen und Wahrnehmungen von Öffentlichkeit und Interessensgruppen ein. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der erfolgreichen ethischen Überwachungsverfahren von BioRescue kann für andere Forschungsprojekte zur Rettung gefährdeter Arten von großem Nutzen sein.”

Dr. Erustus Kanga, Director General des Kenya Wildlife Service (KWS)
“Wir als Kenya Wildlife Service freuen uns darüber, dass wir in den letzten 13 Jahren, seit die Nördlichen Breitmaulnashörner im Jahr 2009 nach Kenia gebracht wurden, Teil dieser Reise sind und in den letzten vier Jahren aktiv an der großartigen Initiative des BioRescue-Konsortiums beteiligt sind. Die Anwendung neuartiger assistierter Reproduktionstechniken zur Rettung des Nördlichen Breitmaulnashorns hat jetzt erste Früchte getragen, wobei wichtige Meilensteine bei der Optimierung des Embryotransferverfahrens erreicht wurden. Als kenianische Regierungsbehörde, die für Wildtiere in Kenia zuständig ist, haben wir die großartige Nachricht erhalten, dass ein erfolgreicher Embryotransfer mit einem Leihmuttertier des Südlichen Breitmaulnashorns nachgewiesen wurde. Dies ist der erste Embryotransfer, der auf kenianischem Boden in der Ol Pejeta Conservancy erfolgreich durchgeführt wurde.
Die kenianische Regierung wird das BioRescue-Projekt auch weiterhin über den KWS unterstützen, um die Wiederherstellung einer Breitmaulnashorn-Population zu gewährleisten. Der nächste Schritt ist ein Embryotransfer mit Embryonen des Nördlichen Breitmaulnashorns. Der jetzige Erfolg ermöglicht mittelfristig die Erhaltung der genetischen Ressource des Nördlichen Breitmaulnashorns. Er ist der Grundstein für die Wiederansiedlung des Nördlichen Breitmaulnashorns in seinen früheren Verbreitungsgebieten als Teil eines globalen Erbes.”

Patrick Omondi, Director/CEO des Wildlife Research and Training Institute (WRTI)
“Nach vierjährigem Engagement des BioRescue-Konsortiums, das aus Wissenschaftler:innen und Naturschützer:innen aus Kenia, Europa und Asien besteht, ist uns nun gemeinsam ein wichtiger Durchbruch gelungen. Die Anwendung fortschrittlicher Techniken der assistierten Reproduktion gibt Anlass zur Hoffnung, das Aussterben der bedeutenden Unterart des Nördlichen Breitmaulnashorns (Ceratotherium simum cottoni) zu verhindern. Die Partnerschaft mit dem BioRescue-Konsortium hat uns die Möglichkeit eröffnet, Fachwissen und Erfahrung gegenseitig auszutauschen. Der weltweit erste erfolgreiche Embryotransfer bei einem Nashorn, liefert den Beweis für die Funktionsfähigkeit des neuen Artenschutzforschungskonzeptes und ermöglicht dem Konsortium, die bereits entwickelten reinen Nördlichen Breitmaulnashorn-Embryonen einzusetzen. Als Institut freuen wir uns auf die Anwendung der Techniken der assistierten Reproduktion auf andere gefährdete Arten in Kenia und der Welt.”

Justin Heath, CEO der Ol Pejeta Conservancy
“Das ist ein großer Meilenstein für alle, die ihr Leben dem Schutz bedrohter Arten widmen, und ich bin besonders stolz auf das Ol Pejeta-Team für seine unermüdliche Fürsorge und sein Engagement für die Wildtiere in unserem Schutzgebiet, insbesondere für die beiden letzten bekannten Nördlichen Breitmaulnashörner Najin und Fatu. Der Verlust von Curra und des Teaser-Bullen Ouwan ist ein schwerer Schlag für das BioRescue-Team, Ol Pejeta und die kenianische Bevölkerung. Es war inspirierend, wie das gesamte Team reagierte, um sicherzustellen, dass das Risiko isoliert wurde, einschließlich Impfung, Immunisierung und Umsiedlung innerhalb weniger Tage. Die weltweit erste Embryotransfer-Trächtigkeit eines Nashorns, das leider durch eine Vergiftung gestorben ist, ist bittersüß, der Erfolg des Embryotransfers erfüllt uns aber mit großem Stolz. Wir freuen uns darauf, schon bald weitere Leihmutter-Nashornkälber unter den Ausläufern des Mount Kenya begrüßen zu dürfen.”

Catherine Vancsok, Wissenschaftliche Beraterin der Stiftung Pairi Daiza
“Der direkte Beitrag zum Überleben des Nördlichen Breitmaulnashorns in Kenia zeigt, welche entscheidende Rolle zoologische Einrichtungen für die Erhaltung von Arten spielen. Die Pairi Daiza Foundation unterstützt mehrere Projekte, bei denen finanzielle Mittel, menschlicher Einsatz und wissenschaftliche Forschung zusammenkommen, um zum Arterhalt beizutragen. Die BioRescue-Verfahren zur Gewinnung von Eizellen aus Elli, dem erwachsenen weiblichen Südlichen Breitmaulnashorn, das in Pairi Daiza lebt, sind ein wesentlicher Schritt zur Arterhaltung. Das BioRescue-Team, die Tierärzt:innen von Pairi Daiza und die Tierpfleger:innen stellten sicher, dass das Wohlergehen der Herde der Südlichen Breitmaulnashörner zu jedem Zeitpunkt gewährleistet war. Der Rückschlag in situ ist leider Teil eines langen Weges, den alle beteiligten Teams zurücklegen müssen, um bahnbrechende Erfolge bei der Erhaltung der Tiere zu erzielen. Die Pairi Daiza Foundation vertraut auf die Kraft der menschlichen Zusammenarbeit und des wissenschaftlichen Prozesses, um die Natur und das Nördliche Breitmaulnashorn wieder auf die Beine zu bringen.“

Miriam Wiesner, Zootierärztin Zoo Salzburg
“Der Zoo Salzburg unterstützt die assistierte Reproduktion beim Südlichen Breitmaulnashorn und das Projekt von BioRescue von Beginn an. Wir möchten maßgeblich dazu beitragen, die Nördlichen und Südlichen Breitmaulnashörner vor dem Aussterben zu bewahren. Als Zoo ist es für uns wichtig zu zeigen, dass wir uns aktiv an Arterhaltung und Artenschutz beteiligen. Wir freuen uns sehr, dass unser Bulle ‚Athos‘ der Vater des transferierten Embryos ist.”

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
_ Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW)

Thomas Hildebrandt
Projektleiter BioRescue und Leiter der Abteilung Reproduktionsmanagement
Telefon: +49/305168440
E-Mail: hildebrandt@izw-berlin.de

Frank Göritz
Leitender Tierarzt des Leibniz-IZW und Wissenschaftler in der Abteilung Reproduktionsmanagement
Telefon: +49/305168444
E-Mail: goeritz@izw-berlin.de

Susanne Holtze
Wissenschaftlerin in der Abteilung für Reproduktionsmanagement
Telefon: +49/305168436
E-Mail: holtze@izw-berlin.de

_ Safari Park Dvůr Králové

Jan Stejskal
Direktor für Kommunikation und internationale Projekte
Telefon: +420608009072
E-Mail: jan.stejskal@zoodk.cz