Sterlet (Acipenser ruthenus) Surrogate maybe Reduce the Caviar Development of Critically Endandered Beluga (Huso huso)

Tief in der Welt der Fischbiologie gibt es eine wachsende Bestrebung, Arten zu retten, die dem Aussterben entgegengleiten. Viele Störe, die alten Fische, die für ihren Kaviar berühmt sind, haben aufgrund von Überfischung und Lebensraumverlust einen massiven Rückgang ihrer Bestände erlebt. Einige dieser Arten, wie der riesige Beluga, benötigen Jahrzehnte, um alt genug für die Fortpflanzung zu werden. Bis ein Beluga bereit ist, Nachwuchs zu bekommen, kann es bereits zu spät sein, um die Wildpopulation zu retten. Wissenschaftler haben sich einer Technik namens Keimzelltransplantation zugewandt, um zu helfen. Diese Methode beinhaltet das Entnehmen der allerersten Zellen, die zu Spermien oder Eizellen werden sollen, von einem Spenderfisch und deren Platzierung in einen anderen, jüngeren Fisch. Wenn dies erfolgreich ist, wächst der Wirtsfisch mit dem genetischen Material des Spenders auf und kann Nachkommen produzieren, die genetisch identisch mit dem Spender sind, wodurch er effektiv als Surrogat-Elternteil fungiert. Dieser Ansatz bietet eine Möglichkeit, genetische Linien zu bewahren, ohne die seltenen, langsam reifenden Erwachsenen in großen Zahlen am Leben erhalten zu müssen.

In einer kürzlich durchgeführten Studie wollten Forscher testen, ob diese Surrogat-Strategie zwischen zwei spezifischen Störarten funktionieren könnte: dem vom Aussterben bedrohten Beluga und dem kleineren, handhabbareren Sterlet. Der Beluga ist ein Riese des Flusses, der in der Natur bis zu achtzehn Jahre benötigt, um die Geschlechtsreife zu erreichen, während der Sterlet viel kleiner ist und sich in nur wenigen Jahren entwickelt. Das Team wollte sehen, ob sie unreife spermienbildende Zellen eines jungen Beluga nehmen und in ein Baby-Sterlet transplantieren könnten. Wenn der Körper des Sterlets diese fremden Zellen akzeptierte, könnte der Sterlet schließlich Beluga-Spermien produzieren, was es den Wissenschaftlern ermöglichen würde, Beluga-genetisches Material viel früher zu ernten, als die Natur es zulassen würde. Die Forscher wollten zudem zwei verschiedene Wege vergleichen, um die Sterlet-Empfänger steril zu machen, um sicherzustellen, dass jeglicher Nachwuchs ausschließlich aus den Beluga-Zellen stammt und nicht aus der eigenen Biologie des Sterlets.

Zu Beginn des Experiments sammelte das Team Hodengewebe von jungen Beluga-Männchen, die etwa ein Jahr alt waren. In diesem Alter produzieren die Fische noch keine Spermien, aber ihre Hoden sind voller der frühen Stammzellen, die später zu Spermien werden. Die Wissenschaftler zersetzten das Gewebe vorsichtig, um die einzelnen Zellen freizusetzen, und nutzten eine spezielle Zentrifugentechnik, um die gewünschten Stammzellen vom restlichen Gewebe zu trennen. Sie bestätigten, dass es sich bei diesen Zellen tatsächlich um die richtige Art handelte, indem sie nach einem spezifischen Proteinmarker suchten, den nur Keimzellen besitzen. Nachdem sie eine reine Probe von Beluga-Stammzellen gewonnen hatten, markierten sie diese mit einem roten Fluoreszenzfarbstoff, damit sie später verfolgt werden konnten.

Der nächste Schritt bestand darin, die Baby-Sterlet-Larven vorzubereiten, um die Zellen zu empfangen. Die Forscher verwendeten zwei verschiedene Methoden, um zu verhindern, dass der Sterlet seine eigenen Fortpflanzungszellen entwickelt. In einer Gruppe injizierten sie ein Molekül, das ein Gen blockiert, welches essenziell für die Entwicklung von Keimzellen ist, was effektiv verhindert, dass der Sterlet seine eigenen Spermien oder Eizellen bildet. In der anderen Gruppe nutzten sie einen Hitzeschock, um Fische mit drei Chromosomensätzen anstelle der üblichen zwei zu erzeugen, was ebenfalls zur Sterilität führt. Dann injizierten sie die rot markierten Beluga-Zellen in die Bauchhöhle dieser Baby-Sterlets, in der Nähe der Stelle, an der sich später die Fortpflanzungsorgane bilden würden.

In den folgenden zwei Monaten beobachteten die Wissenschaftler, was mit den Beluga-Zellen im Körper der Sterlets geschah. Zuerst waren die Zellen zufällig in der Bauchhöhle verstreut. Doch im Laufe der Zeit begannen sie, sich in Richtung der sich entwickelnden Fortpflanzungsorgane zu bewegen. Als die Fische zwei Monate alt waren, hatten sich die Beluga-Zellen erfolgreich in den Gonaden der Sterlets angesiedelt und begannen sich zu vermehren. Die Forscher zählten die Zellen und stellten fest, dass sie an Zahl zugenommen hatten, was bewies, dass die Beluga-Stammzellen nicht nur überlebten, sondern sich innerhalb der Sterlets aktiv vermehrten.

Als das Team die beiden Methoden zum Sterilisieren des Sterlets verglich, zeigte sich ein deutlicher Unterschied. Die Fische, die mit dem genblockierenden Molekül behandelt worden waren, zeigten eine wesentlich höhere Erfolgsrate. In diesen Fischen wanderten die Beluga-Zellen effektiver ab und vermehrten sich kräftiger als in den Fischen, die durch den Hitzeschock steril gemacht worden waren. Die genetische Analyse bestätigte, dass die Beluga-Zellen in den Fortpflanzungsorganen der Sterlets vorhanden waren, und die molekularen Marker für Beluga-Keimzellen wurden in der Mehrheit der behandelten Fische gefunden. Die Studie zeigte, dass der Körper des Sterlets die Beluga-Keimzellen tatsächlich unterstützen kann, wodurch ein lebender Wirt entsteht, der den genetischen Bauplan der gefährdeten Art in sich trägt.

Diese Arbeit zeigt, dass es möglich ist, einen kleineren, schneller reifenden Stör als Surrogat für den vom Aussterben bedrohten Beluga einzusetzen. Obwohl die Studie noch keine tatsächlichen Beluga-Nachkommen hervorgebracht hat, bewies sie, dass der erste kritische Schritt – die Beluga-Zellen dazu zu bringen, im Wirt zu überleben, zu wandern und zu wachsen – erreicht werden kann. Die Ergebnisse legen nahe, dass durch die Verwendung der Gen-Blockade-Methode zur Sterilisierung des Wirts die Wissenschaftler ein zuverlässiges System zur Bewahrung des genetischen Materials des Beluga schaffen können. Dieser Ansatz bietet einen praktischen Weg nach vorn für die Erhaltung und ermöglicht es Wissenschaftlern potenziell, wertvolles genetisches Material von gefährdeten Stören Jahre früher zu ernten, als es möglich wäre, wenn sie warten würden, bis die Fische in der Natur natürlich ausreifen.