Als sie an der Universität Erlangen in der Vorlesung von Prof. Dominik Müller saß und hörte, dass zu viel Salz nicht nur den Blutdruck, sondern auch Immunzellen beeinflusst – bis dato wusste niemand so genau warum – hätte es sie sofort „gecatched“. „Alles, was mit Ernährung, Lifestyle und Immunsystem zu tun hat, finde ich total spannend“, sagt Sabrina Geisberger. Nach ersten Studien in ihrer Masterarbeit wechselte sie auf Dominik Müllers Anregung an die Freie Universität Berlin und begann ihre Doktorarbeit in Müllers Labor am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC). Sie begann mit der Isolierung bestimmter Immunzellen von Mäusen. Wurden diese in eine salzreiche Nährstofflösung gesetzt, veränderten die Fresszellen (Makrophagen) ihre Funktion. Bei einer Gruppe von gesunden Probanden, die sechs Wochen täglich zusätzlich sechs Gramm in Form von Salztabletten zu sich nahmen, war es genauso: Deren Monozyten, die Vorläuferzellen der Makrophagen im Blut, veränderten ihre Aktivität.

Molekularbiologische Analysen zeigten, dass die Mitochondrien, die „Kraftwerke“ der Zellen, durch das Salz in ihrer Funktion gehemmt worden waren. Die Atmungskette wird unterbrochen und die Zellen bilden weniger ATP, also jenen universellen Kraftstoff für die „chemische Arbeit“, den Zellen für die Proteinsynthese, Muskelarbeit und vieles mehr benötigen. Ein Effekt, der nach einigen Stunden erfreulicherweise wieder nachlässt, wie weitere Tests an Freiwilligen nach Verzehr einer Pizza (= zehn Gramm Salz) zeigten. Ein ständiger übermäßiger Salzverzehr beeinflusst jedoch die Gesundheit negativ. „Die grundlegende neue Erkenntnis ist, dass so ein kleines Molekül wie das Natriumion ein zentrales Enzym der Atmungskette extrem effizient hemmen kann“, sagt Dr. Stefan Kempa, Koautor der im renommierten Fachjournal „Circulation“ publizierten Studie. In Kempas Labor setzt Sabrina Geisberger nun ihre Forschungen als Postdoktorandin fort.

Geisbergers Arbeit wirft ein neues Licht auf diverse Erkrankungen, denn das Salz stärkt nachweislich entzündungsfördernde Immunzellen. „Langfristig werden dadurch chronische Entzündungen befeuert, darunter kardiovaskuläre Erkrankungen mit Endorganschäden an Herz und Nieren sowie Gelenkentzündungen und Autoimmunerkrankungen“, erklärt die Biochemikerin. „Da steckt noch vieles drin, was erforscht werden muss. Zum Beispiel: Welche Zellen erkennen noch Salz – und warum?“ Sie vermutet, dass neben Monozyten und Makrophagen auch andere Immunzellen im Blut und Darm und die Endothelzellen der Blutgefäße sensibel auf das Salz reagieren. Sabrina Geisbergers Erkenntnisse werden nach Ansicht von MDC-Direktor Prof. Thomas Sommer bald Eingang in die Lehrbücher finden.

Die zweite Preisträgerin Dr. Vittoria Sposini präzisierte in ihrer Doktorarbeit durch Berechnungen physikalische Modelle, die auf Albert Einstein zurückgehen. Konkret auf die Einstein-Smoluchowski-Gleichung, welche die Diffusion kleiner Teilchen mit ihrer Beweglichkeit verknüpft. Bevor Vittoria Sposini in die Arbeitsgruppe „Theoretische Physik“ von Prof. Ralf Metzler an die Universität Potsdam kam, studierte sie Physik in Perugia, Bologna und Bilbao. Ihr Doktorvater ist begeistert von ihrem mathematischen, technischen Gespür und der Hartnäckigkeit, mit der sie sich der sogenannten „Brownschen, aber nicht-Gaußschen Diffusion“ annahm. Experimentelle Physiker hatte diese in einer ganzen Reihe von Versuchen und Simulationen beobachtet, die so gar nicht der oben genannten, bekannten Formel entsprachen.

„In der Realität verteilen sich Partikel eben nicht gemäß der Gaußschen Glockenkurve – insbesondere dann nicht, wenn die Umgebung heterogen ist und/oder andere Partikel sie behindern. Wie zum Beispiel in einer lebenden Zelle“, erklärt Metzler. „Anstelle der symmetrischen Gaußfunktion bekommt man etwas viel Komplizierteres.“ Typischerweise werden viel langsamer abfallende Verteilungen gemessen. Und diese lassen sich dank der mathematischen Modelle von Vittoria Sposini nun viel besser berechnen. Der Kniff dabei: Man betrachtet (theoretisch) nicht nur ein Teilchen, sondern mehrere gleichzeitig, die sich aufgrund unterschiedlich dichter Umgebung mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen. Manche langsamer, andere schneller. Dann wird über die verschiedenen Mobilitäten gemittelt und Grenzwertsätze für eine ausreichend große Anzahl solcher Teilchen gebildet. Ganz ähnlich ist es, wenn ein einzelnes Teilchen auf seinem Weg immer wieder langsamer und schneller wird. Ja, das klingt jetzt kompliziert, vereinfacht aber viele, für die Forschung wichtige Berechnungen. „Die nicht-Gaußsche Diffusion spielt zum Beispiel eine Rolle bei der Ausbreitung von Proteinen in einer lebenden Zelle, von Amöben auf einer Glasplatte oder bei der Berechnung der tatsächlichen Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Aber eben auch bei ganz lebensnahen Dingen“, betont Ralf Metzler. Etwa wenn es darum geht, wie schnell sich ein neuer Virus in der Bevölkerung ausbreiten kann oder wie rasch ein Umweltgift nach einem Chemieunfall durch den Boden ins Grundwasser einsickern wird. Vittoria Sposini setzt nun ihre theoretischen und computergestützten Studien als Postdoktorandin an der Universität Wien fort. „In meiner aktuellen Forschung möchte ich die Ergebnisse meiner Doktorarbeit über nicht-Gaußsche Eigenschaften in heterogenen Systemen nutzen, um ein neues Licht auf die langsame Dynamik zu werfen, die für Systeme typisch ist, die sich dem Glasübergang nähern. Ich konzentriere mich dabei insbesondere auf Systeme aus dem Bereich der weichen Materie", erklärt Vittoria Sposini.

Mit dem Marthe-Vogt-Preis werden herausragende Promotionen in Gebieten gewürdigt, zu denen auch der Forschungsverbund Berlin forscht. Die Arbeit muss jedoch nicht an einem seiner Institute entstanden sein. Der Preis erinnert an die deutsche Pharmakologin Marthe Louise Vogt (1903- 2003), deren Forschung wesentlich zum Verständnis der Neurotransmitter im Gehirn, insbesondere des Ephedrins, beitrug.

Verleihung des Marthe-Vogt-Preises

Die Preisverleihung findet am Dienstag, 2. November, um 18 Uhr im Haus der Leibniz-Gemeinschaft in Berlin statt. Sie ist Teil der Berlin Science Week 2021. Sie wird auch als Livestream übertragen (Dauer: 1:15 St.). Der Link wird hier abrufbar sein: www.fv-berlin.de/karriere/marthe-vogt-preis

Kalium ist unter anderem unentbehrlich für die Erregbarkeit der Muskel- und Nervenzellen. Verschiedene Ionenkanäle sorgen dafür, dass Kaliumionen über Zellmembranen fließen und dadurch elektrische Ströme erzeugen. Vor 20 Jahren konnte das Team von Prof. Thomas Jentsch vom Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) in Berlin die Gene für die Kaliumkanalfamilie KCNQ2-5 identifizieren und später zeigen, dass Mutationen an KCNQ2 und KCNQ3 erbliche bedingte Epilepsie beim Menschen verursachen können. Dank dieser wegweisenden Arbeiten konnten Pharmafirmen zielgenaue Antiepileptika entwickeln.

Nun haben ein Team von Molekularbiologen unter Federführung von Thomas Jentsch und ein Team von Neurophysiologen, geleitet von Alexey Ponomarenko (vormals FMP, heute Professor an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg) zusammen mit Kollegen der University of Connecticut und der Universität zu Köln Hinweise gefunden, dass KCNQ3 möglicherweise auch eine Rolle bei der Alzheimer-Demenz und weiteren kognitiven Störungen spielen könnte.

Normalerweise werden bestimmte Kaliumströme vom Transmitter Acetylcholin gehemmt, was wichtig für die Erregbarkeit im Kortex und damit entscheidend für Gedächtnis und Aufmerksamkeit ist. Diese sogenannte cholinerge Neuromodulation geht bei Alzheimer-Patienten bekanntlich nach und nach verloren. In der vorliegenden Arbeit untersuchten die Forschenden die Rolle der KCNQ3-Kanäle speziell bei der Neuromodulation des Navigationssystems des Gehirns. Die sogenannten Ortsfelder („place fields“), deren Entdeckung vor einigen Jahren mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, dienen dem Gehirn als innere Landkarte. „Wir fanden heraus, wie verschiedene Signale, die von Ortszellen unter der Kontrolle von KCNQ3-Kanälen erzeugt werden, mit den Gehirnrhythmen interagieren und so präzise räumliche Karten bilden“, beschreibt Alexey Ponomarenko ein zentrales Ergebnis der Studie.

Bei Knock-out-Mäusen mit defektem KCNQ3-Kanal, die von Thomas Jentschs Gruppe erzeugt wurden, zeigte sich jedoch ein anderes Bild: Während bei gesunden Mäusen die Aktivitätsmuster der Ortszellen einer bestimmten räumlichen und zeitlichen Abfolge unterlagen, lief bei den Knock-Out-Mäusen die synaptische Übertragung von einzelnen oder mehreren Signalen gleichzeitig (Salven) mehr oder weniger chaotisch ab. „Salven haben normalerweise einen bestimmten Rhythmus, wann sie abgefeuert werden. Bei den Mutanten werden sie jedoch nicht mehr durch den Rhythmus kontrolliert, sondern zu völlig zufälligen Zeitpunkten bzw. Phasen des Rhythmus abgefeuert“, erklärt Ponomarenko. „Dadurch werden einzelne Aktionspotenziale unterdrückt und es kommt zu einem Ungleichgewicht zwischen verschiedenen Aktivitätsmustern in den Nervenzellen.“

15 Mikrometer dünne Silikon-Elektroden, die im Hippocampus der Nager implantiert worden waren, lieferten zusammen mit optogenetischen Untersuchungen die spannenden Einblicke ins Gehirn. Die amerikanischen Kollegen konnten darüber hinaus zeigen, dass der fehlende KCNQ3-Kanal zu einer starken Reduktion der Kaliumströme (hier M-Strom) in den Nervenzellen führte. „Obwohl die bisher verfügbaren Daten für eine klinische Anwendung nicht ausreichen, lassen unsere Erkenntnisse vermuten, dass die KCNQ3-Kanäle ein potenzielles Ziel für die zukünftige Erforschung von Medikamenten gegen Alzheimer- und anderen Demenzen sein könnten“, betont Prof. Ponomarenko, „zumindest im frühen Stadium, wo die Ortszellen wahrscheinlich noch vorhanden sind, aber die cholinerge Neuromodulation schon nachgelassen hat.“ Weitere Untersuchungen sollen nun folgen, um die Rolle von KCNQ3 im Gehirn noch besser zu verstehen.

Publikation:

Xiaojie Gao, Franziska Bender, Heun Soh, Changwan Chen, Mahsa Altafi, Sebastian Schütze, Matthias Heidenreich, Maria Gorbati, Mihaela-Anca Corbu, Marta Carus-Cadavieco, Tatiana Korotkova, Anastasios Tzingounis, Thomas J Jentsch, Alexey Ponomarenko
Place fields of single spikes in hippocampus involve Kcnq3 channel-dependent entrainment of complex spike bursts
Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-021-24805-2, https://www.nature.com/articles/s41467-021-24805-2

Bei einer Paarung von Wildtieren überträgt ein Männchen Millionen von Spermien in den weiblichen Fortpflanzungstrakt. Auf dem Weg zur Eizelle müssen die Spermien den weiblichen Genitaltrakt passieren. Bei dieser Passage sinkt die Anzahl der Spermienzellen, die weiterkommen, dramatisch ab, nur wenige kommen in Reichweite der Eizelle(n). Die wenigen erfolgreichen Spermien werden dann auf die Befruchtung vorbereitet. Die Mechanismen, die dieser Selektion und somit dem Fortpflanzungserfolg zugrunde liegen, sind immer noch weitgehend unverstanden, da ihre experimentelle Untersuchung im lebenden Zustand aus ethischen und praktischen Gründen kaum möglich ist. Ein besseres Verständnis von Spermienmigration und -selektion im Kontext unterschiedlicher Fortpflanzungssysteme bei Wildtieren ist von großem Interesse, um Probleme zu erkennen sowie Techniken der assistierten Fortpflanzung wie die künstliche Besamung zu optimieren.

Das Wissenschaftsteam entwickelte ein Raum-Zeit-Modell des weiblichen Genitaltraktes, in dem sich die Spermien als individuelle Agenten mit spezifizierten Eigenschaften nach definierten Regeln bewegen und mit dem weiblichen Genitaltrakt in Wechselwirkung treten. So wurde die Spermien-Migration als Computersimulation untersucht. Die Geometrie des weiblichen Genitaltrakts sowie die biophysikalischen Prinzipien der Spermienbewegung, wie sie im Reagenzglas beobachtet werden können, also die Eigenschaften und „Verhaltens“-Regeln, die den Spermien zugeschrieben wurden, lehnten sich eng an das Fortpflanzungssystem der Rinder an. So schwimmen Spermien bevorzugt gegen einen Flüssigkeitsstrom (positive Rheotaxis) und bewegen sich entlang von Wandstrukturen (Thigmotaxis).

Um sicher zu stellen, dass das Modell lebensnah die tatsächlichen Bewegungen der Spermien abbildet, wurden die Ergebnisse aus der Simulation mit publizierten Daten, die von lebenden Tieren stammen, verglichen. Es stellte sich heraus, dass beispielsweise die beobachtete Anzahl an Spermien, die in einer bestimmten Zeit den Eileiter erreichen, mit der in den Simulationen produzierten Anzahl übereinstimmte.

„Wie erwartet, fanden wir, dass physikalische Eigenschaften wie die Geschwindigkeit und die Geradlinigkeit der Spermienbewegung für erfolgreiche Spermien wesentlich sind. Allerdings hat die Fähigkeit der Spermien, gegen den Strom des Sekrets des Gebärmutterhalses zu schwimmen sowie sich an den Wänden des Genitaltrakts entlang zu bewegen, einen enormen zusätzlichen Einfluss für eine erfolgreiche Migration“ erklärt Jorin Diemer, Doktorand an der Humboldt-Universität zu Berlin. Karin Müller, Leiterin des andrologischen Labors am Leibniz-IZW, schlussfolgert, „dass diese identifizierten Eigenschaften künftig bei der Konditionierung von Spermien in Verfahren der künstlichen Fortpflanzung berücksichtigt werden müssen, bei denen natürliche Selektionsprozesse normalerweise umgangen werden.“ Das ist besonders wichtig, da es artspezifisch ein optimales Zeitfenster für die Ansammlung von Spermien im Eileiter mit Bezug zum Zeitpunkt des Eisprungs gibt, wo die Eizellen zur Befruchtung freigesetzt werden. „Der große Vorteil unseres Modells ist seine Ausbaufähigkeit“, unterstreicht Edda Klipp, Professorin für Theoretische Biophysik an der Humboldt-Universität zu Berlin. Vorhersagen, die in diesem experimentellen System der Computersimulation generiert werden, haben das Potenzial, die assistierte Fortpflanzung bei bedrohten Tierarten, Nutztieren und beim Menschen zu verbessern, ohne dass Tierversuche zum Einsatz kommen.

Publikation

Jorin Diemer, Jens Hahn, Björn Goldenbogen, Karin Müller, Edda Klipp (2021): Sperm migration in the genital tract – in silico experiments identify key factors for reproductive success. PLOS Computational Biology. https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1009109 (Link wird nach Ablauf des Embargos freigeschaltet)

Für die Umsetzung erfolgreicher Wildtiermanagement-Strategien ist die Unterstützung der lokalen Bevölkerung erforderlich, doch die Beziehung zwischen der Bevölkerung vor Ort und großen Raubtieren ist oft komplex: Einerseits gelten die Tiere als charismatisch und emotional anziehend und haben oft eine hohe kulturelle Bedeutung. Daher wurde vermutet, dass naturschutzorientierte Managementstrategien dann erfolgreich sind, wenn sie mit positiven Emotionen wie Freude oder Stolz verbunden sind. Dies gilt auch für die kulturelle Bedeutung von großen Raubtieren wie Hyänen, Löwen oder Leoparden. Auf der anderen Seite wurden negative Emotionen wie Angst und Ekel sowie negative Erfahrungen wie wiederholte Risse von Nutztieren – der traditionelle Fokus der Mensch-Raubtier-Konfliktforschung – vorgeschlagen, um die Akzeptanz von invasiven Maßnahmen wie Umsiedlung und Abschuss vorherzusagen. Frühere Untersuchungen betrachteten Emotionen, kulturelle Bedeutung und faktische Verluste separat. So war es bislang nicht möglich zu sehen, welcher Faktor die beste Vorhersagekraft hat und welcher daher von Wildtiermanagern priorisiert werden sollte.

„Wir haben in unserer Untersuchung zum ersten Mal mehrere Faktoren gleichzeitig für mehrere Raubtiere bewertet, um festzustellen, welcher Faktor die Akzeptanz von häufig angewandten Managementstrategien am besten vorhersagt“, erklärt Erstautor Arjun Dheer (Leibniz-IZW). Die Befragungen zu Tüpfelhyänen (Crocuta crocuta), Löwen (Panthera leo) und Leoparden (Panthera pardus) unter Massai-Hirten wurden im Ngorongoro-Schutzgebiet (NCA) in Tansania durchgeführt. „Das NCA ist ein Schutzgebiet, das in seinem Managementplan sowohl den Schutz der Wildtiere als auch die Lebensgrundlage der lokalen Bevölkerung berücksichtigt“, so Dheer. „Die von uns ausgewählten Arten sind für die Mehrzahl der Verluste an Nutztieren in der Region verantwortlich, doch frühere Forschungen in anderen Gebieten zeigten, dass die Menschen sie sehr differenziert betrachten“, erklärt Dr. Oliver Höner (Leibniz-IZW), Co-Senior-Autor der Arbeit. Die Untersuchung konzentrierte sich auf die Akzeptanz der Strategien Nichtstun (Schutz der Raubtiere gilt weiterhin), Umsiedlung und Abschuss. Die Befragten bewerteten die Emotionen Freude, Ekel und Angst sowie die kulturelle Bedeutung der einzelnen Raubtierarten. Sie wurden auch um Angaben dazu gebeten, wie viele Rinder, Ziegen, Schafe und Esel sie in den vorangegangenen drei Jahren an die Raubtiere verloren hatten.

Das zentrale Ergebnis der Umfrage ist, dass Emotionen und die kulturelle Bedeutung die Akzeptanz bestimmter Managementstrategien zuverlässiger vorhersagen als die Höhe der Verluste an Nutztieren. „Unter den Emotionen war Freude der stärkste Prädiktor; sie war verbunden mit einer Präferenz für Nichtstun und einer negativen Bewertung von Umsiedlung und Abschuss. Die kulturelle Bedeutung zeigte einen ähnlichen Trend wie die Freude“, erklärt Dheer. Insgesamt lehnte eine große Mehrheit der Befragten Umsiedlung und Abschuss ab. „Dies zeigt, dass diejenigen Wissenschaftler*innen auf dem Holzweg sind, die sie sich bei der Erstellung von Managementplänen für Raubtiere allein auf Risse, Verluste und negative Emotionen konzentrieren“, erklärt Co-Senior-Autorin Dr. Tanja Straka (Leibniz-IZW und TU Berlin).

„Unsere Ergebnisse untermauern die Rolle von Emotionen, Wahrnehmungen und Sichtweisen in der Beziehung von Menschen und Wildtieren“, schließt Dheer. Die traditionelle Betonung der Viehverluste als primäre Ursache fehlender Toleranz gegenüber großen Raubtieren stellen die Autor*innen in Frage: Es sei offensichtlich, dass Emotionen und die kulturelle Bedeutung berücksichtigt werden müssen, auch bei Arten, die mit sehr unterschiedlichen Assoziationen belegt sind. Mehrgleisige Ansätze, die Emotionen und kulturelle Faktoren neben den Zahlen und Fakten zu Verlusten berücksichtigen und die lokale Bevölkerung eng einbinden, können demnach helfen, den Weg für eine dauerhafte Koexistenz von Menschen und Raubtieren zu ebnen.

Publikation

Dheer A, Davidian E, Jacobs MH, Ndorosa J, Straka TM^†, Höner OP^† (2021): Emotions and cultural importance predict the acceptance of large carnivore management strategies by Maasai pastoralists. Frontiers in Conservation Science. doi: 10.3389/fcosc.2021.691975, https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcosc.2021.691975/full.

^†co-senior authors

Es ist eine große Herausforderung, die Reservoire von Wildtierviren wie SARS-CoV-2 – für welches der Ursprung noch immer unbekannt ist – zu finden und zu überwachen. Viele Gebiete, die von Wildtieren bewohnt werden, sind schwer zugänglich und die betreffenden Arten schwer zu finden oder zu fangen. Um Pandemien wie COVID-19 in Zukunft zu verhindern, werden also dringend neue und effektive Methoden zur Entdeckung und Überwachung von in Wildtieren zirkulierenden Viren benötigt. Neue Ansätze, die auf Umwelt-DNA (eDNA) basieren, könnten in Verbindung mit Hochdurchsatz-Sequenzierung das verfügbare Instrumentarium erweitern, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Diesen Ansatz testete das Wissenschaftsteam mithilfe von Wasserproben aus Wasserlöchern und Proben von Blutmahlzeiten von Blutegeln, um darin nach Viren von Säugetieren zu suchen, die möglicherweise ins Wasser ausgeschieden oder von den Blutegeln aus den Säugetierwirten aufgenommen worden waren. Da Viren-DNA in Umweltproben üblicherweise von geringer Quantität und Qualität ist, verwendeten die Wissenschaftler*innen einen modernen „Hybridisierungs-Bindung“-Ansatz, um die Viren-DNA anzureichern. Diese Methode erlaubte es ihnen, sowohl bekannte also auch bisher unbekannte Viren im Wasser wie in den Blutegelproben nachzuweisen und zu identifizieren.

Die DNA aus Wasserproben zeigte mehrere Viren auf, die bei Zebras und Wildeseln vorkommen. Dies war zu erwarten, da diese Tiere die Wasserlöcher häufig in großer Zahl besuchen. Im Fall der Viren, die in afrikanischen Wasserlöchern gefunden wurden, zeigten die Autoren in einer vorangegangenen Publikation, dass die Viren auch im Wasser noch immer infektiös sind, was darauf hindeutet, dass das Wasser selbst die Viren übertragen könnte. In den Blutegeln aus Südostasien wurden mehrere bekannte sowie neuartige Viren identifiziert. Von besonderem Interesse ist ein bisher unbekanntes Coronavirus, welches möglicherweise eine neue Gattung in der Familie der Coronaviridae darstellt und mit Hirscharten assoziiert zu sein scheint.

„Bei vielen der tödlichsten Viren wie Ebola ist ihr genauer Ursprung noch immer unbekannt“, sagt Prof. Alex Greenwood, Leiter der Abteilung für Wildtierkrankheiten. „Die aktuelle Pandemie zeigt, dass wir noch sehr wenig über die virale Vielfalt in der Natur wissen. Neue Methoden könnten uns helfen, bisher unbekannte Viren und ihre potenziellen Wirte zu identifizieren ¬– ohne die üblichen logistischen und ethischen Probleme, die mit der direkten Entnahme von Wildtierproben verbunden sind.“ Umwelt-DNA wurde bereits für viele wissenschaftliche Fragestellungen verwendet. So konnte zum Beispiel die biologische Vielfalt in unzugänglichen Regionen erfasst werden. Neuerdings dienen diese Umwelt-DANN-Quellen somit auch der Pathogenforschung. Umwelt-DNA aus Wasser und von blutsaugenden wirbellosen Tieren kann in verschiedenen Umgebungen nützlich sein. „Wasser ist eine essenzielle Ressource für das Leben und, besonders in Gebieten mit saisonaler Trockenheit, ein Konzentrationspunkt für Tiere“, sagt Greenwood.

„An Land lebende Blutegel sind in Gebieten in Südostasien, in den schon früher häufig neue Viren entdeckt wurden, sehr häufig. Ihre Blutmahlzeiten können sowohl zur Identifizierung ihrer Säugetierwirte als auch der im Säugetierblut enthaltenen Erreger verwendet werden“, erläutert Dr. Niccolò Alfano, ein ehemaliger Postdoktorand der Abteilungen für Wildtierkrankheiten und Ökologische Dynamik am Leibniz-IZW, der jetzt an der Universität Pavia in Italien arbeitet. „In den Blutegelproben identifizierten wir Säugetierviren aus fünf verschiedenen Virusfamilien und über 50% der Proben enthielten nachweisbare Säugetierviren. Einige davon, wie ein Circovirus oder ein Annellovirus, konnten dem Bartschwein und dem Malaienbär zugeordnet werden, ihren Säugetierwirten, die auch in den Blutegelproben nachgewiesen wurden. Am interessantesten war die Entdeckung eines neuartigen Coronavirus, da dies zeigte, dass wir mit unserer Methode in der Lage sind, bisher unbekannte virale Erreger zu entdecken, die in Wildtieren zirkulieren“, so Alfano weiter. Dies kann helfen, potenziell infektiöse Viren in einem frühen Stadium zu identifizieren und somit einen entscheidenden Beitrag dafür zu leisten, zukünftige Epidemien zu verhindern.

Um die neu entdeckten Viren zu charakterisieren, zum Beispiel durch die Sequenzierung ihrer kompletten Genome und die Bestätigung der Wirtsvirusbeziehungen, ist weiterführende Forschung nötig. Wo es keine Wasserlöcher oder Blutegel gibt, könnten der Boden (oder Sedimente in ausgetrockneten Flussläufen), Fäkalien und andere blutsaugende Insekten weitere Quellen für Nukleinsäuren darstellen, die als Ergänzung zu direkten Tierproben verwendet werden könnten. Dies könnte die Fähigkeit verbessern, Viren zu entdecken und zu überwachen.

Publikation

Alfano N, Dayaram A, Axtner, J. Tsangaras, K. Kampmann, M.-L., Mohamed, A., Wong, S.T., Gilbert, M.T.P. Wilting, A., Greenwood, A. D. (2021). Non-invasive surveys of mammalian viruses using environmental DNA. METHODS ECOL EVOL, https://doi.org/10.1111/2041-210X.13661

Bedrohte Wildtierarten sich selbst zu überlassen, führe nachweislich nicht zum Überleben einer bedrohten Tierart, wie das Beispiel des Sumatra-Nashorns und anderer Nashornarten zeigt, und ermögliche auch keine friedliche Koexistenz von Mensch und Tier. Dies werde am Beispiel des Farmer-Geparden-Konflikts in Namibia deutlich. Ohne einen aktiven Umgang mit Wildtieren sind Wildtierforschung, Wildtierrettung und -pflege, Wildtierschutz und die Lösung von Mensch-Tier-Konflikten nicht möglich, schließen die Expert:innen. Oftmals sind es gerade die großen Säugetiere, die in Konflikte involviert sind.

Der Art- und arbeitsschutzgerechte Umgang mit Wildtieren erfordert die Anwendung spezieller, hochkonzentrierter und sehr potenter Tierarzneimittel (https://www.vdz-zoos.org/presse/pressemitteilungen/17062021-zoos-weisen-tierarzneimittelgesetz-als-ungeeignet-zurueck), die in der klassischen Tiermedizin bei Haustieren oder landwirtschaftlichen Nutztieren nicht benötigt oder verwendet werden. Viele dieser Arzneimittel werden jedoch nicht in der EU produziert und sie können nur über Drittländer bezogen werden. Dies soll nach aktuellem Gesetzentwurf nicht mehr möglich sein, weil nur in der EU produzierte Produkte für die Tiermedizin erlaubt werden sollen. „Das neue Tierarzneimittelgesetz gefährdet damit massiv die Einheit von ‚guter tierärztlicher und wissenschaftlicher Praxis‘ und das Wohlergehen einer Vielzahl von Wildtierarten“, warnt Dr. Frank Göritz, leitender Tierarzt und Wissenschaftler am Leibniz-IZW. Eine schlechte oder unvollständige Narkose, besonders von großen Wildsäugetieren, gefährdet nicht nur die Gesundheit und das Leben von Tier (und Mensch), sondern führt auch zu Verfälschung von Forschungsergebnissen und unweigerlich zu einem „Therapienotstand“ in der Wildtiermedizin.

Unter Nutzung eines großen internationalen Netzwerkes von Wild- und Zootierärzten und aufgrund erteilter Ausnahmegenehmigungen des gültigen Arzneimittelgesetzes (z. B. §73, Abs. 2, Nr. 2 AMG) ist das Leibniz-IZW als Forschungs- und Ausbildungseinrichtung in der Lage, alle Wildtier-spezifischen Arzneimittel zu nutzen – bis jetzt. Wenn am 25.06.2021 der Bundestag die Novellierung des Arzneimittelgesetzes beschließt, wird adäquate Tiermedizin für Wildtiere in Deutschland nicht mehr gegeben sein. „Es ist unverantwortlich, dass Wildtierärzt:innen durch nationale Gesetze wider besseren Wissens entweder in den Dilettantismus oder gar in die Illegalität gedrängt werden“, kommentiert Göritz. „Nach internationalen Standards am Leibniz-IZW qualifizierte ausgebildete Wildtierärzt:innen werden zukünftig in eine Praxistätigkeit entlassen, in der sie ihr Wissen und ihr Können nicht anwenden dürfen. Mehr noch, durch die von der Bundesregierung geplanten inadäquaten Therapiemöglichkeiten werden sie das Wohl und die Gesundheit der Tiere unnötig gefährden. Darüber hinaus wird die international anerkannte Wildtierforschung des Leibniz-IZW dadurch massiv behindert“, erklärt Prof. Heribert Hofer, Direktor des Leibniz-IZW. Durch die Novellierung des Tierarzneimittelgesetzes – ohne die Option auf Ausnahmegenehmigungen – werden neben dem Leibniz-IZW auch alle deutschen Wildtierärzte und zahlreiche Natur- und Tierschutzorganisationen sowie zoologische Einrichtungen stark benachteiligt.

Die Wildtiermedizin ist ein sehr junger, sich rasant entwickelnder Wissenschaftszweig. Sie ist zum festen Bestandteil der modernen Wildtierforschung avanciert und damit eine Grundlage für die erfolgreiche Arbeit des Leibniz-IZW. Das Leibniz-IZW betreibt Forschung für den Artenschutz, indem es die Anpassungsfähigkeit von Wildtieren im globalen Wandel untersucht und ihre Überlebensfähigkeit durch neue Naturschutzkonzepte zu verbessern sucht. Dafür erarbeitet es unter anderem Managementpläne, um Mensch-Tier-Konflikte zu minimieren und zu vermeiden.

Neben seiner Wildtierforschung engagiert sich das IZW auch aktiv im internationalen Tierschutz. Mit der Anwendung neuer, spezies-optimierter Narkoseprotokolle und der Anwendung neuer Forschungsergebnisse trägt das Leibniz-IZW neben der Rettung von Wildtieren in Not in zahlreichen Ländern in Asien und dem Nahen Osten, vielfach in Zusammenarbeit mit Tierschutzorganisationen, zur Versachlichung des oftmals sehr emotional geführten öffentlichen Disputs und somit zur Entwicklung eines evidenzbasierten Wildtierschutzes bei.

„Es ist noch nicht zu spät, um auch in Zukunft die moderne Wildtiermedizin und -forschung und damit die im Grundgesetz verankerten Staatsziele des Tierschutzes und Artenschutzes zu unterstützen“, erklärt Dr. Gudrun Wibbelt, Tierschutzbeauftragte und Wissenschaftlerin am Leibniz-IZW. Das Leibniz-IZW fordert daher dringend, die Entscheidung über das Inkrafttreten des neuen Tierarzneimittelgesetzes aufzuschieben und den fachlichen Diskurs fortzusetzen und für besondere Tiermedizin- und Forschungsbereiche Ausnahmeregelungen zu beschließen. Wie wir mit unseren Wildtieren umgehen, wird für die Lebensqualität zukünftiger Generationen mit entscheidend sein.

Eine erfolgreiche Fortpflanzung – die zu ausreichend gesundem Nachwuchs führt – ist der wesentliche Kern für den Fortbestand jeglicher Artenvielfalt. Leider sind die Bestände einiger hoch bedrohter Säugetierarten so klein, dass ihr Überleben nur noch mittels Zuchtprogramm möglich ist.

Voraussetzung für die Fortpflanzung ist eine erfolgreiche Trächtigkeit. Ein wichtiger Faktor dabei sind Gelbkörper. Das sind temporäre Drüsen, die nach dem Eisprung auf den Eierstöcken von Säugetieren gebildet werden und über die „Sprache der Hormone“ mit der Gebärmutter und dem Rest des Körpers kommunizieren. Gelbkörper produzieren ein schwangerschaftserhaltendes Hormon (Progesteron), das unter anderem die Gebärmutter darin unterstützt, Jungtiere auszutragen. Auch der Rest des Körpers erhält das Signal „ich bin schwanger“ und richtet sich darauf ein. Sind die Gelbkörper zu schwach, wird nicht ausreichend Progesteron produziert. Das führt zu einem frühzeitigen Schwangerschaftsabbruch. Umgekehrt verhindert die Gelbkörperaktivität die Entstehung einer Schwangerschaft. Interessanterweise nutzen drei Luchsarten dieses Prinzip scheinbar als natürliches „Verhütungsmittel“ außerhalb der für die Aufzucht von Jungtieren günstigen Saison. Diese Steuerung der saisonalen Fortpflanzungsaktivität ist einzigartig, in der Erhaltungszucht von Luchsen erschwert sie jedoch die Anwendung von assistierten Techniken der Reproduktion.

Funktionelle Untersuchungen zur Gelbkörperaktivität an lebenden Tieren sind kaum möglich, schon gar nicht bei seltenen Arten. Zudem stehen sie nicht im Einklang mit der Arbeitsethik des Leibniz-IZW, dessen Ziel es ist, möglichst nicht-invasive Techniken bei der Forschungsarbeit einzusetzen. So bleibt die Möglichkeit, verwandte Arten zu untersuchen, von denen es noch ausreichend Individuen gibt. Mit den Proben dieser Arten können neue Labormethoden etabliert werden, die dabei helfen, die Funktionsweisen der im Gelbkörper ablaufenden Prozesse besser zu verstehen.

„Es ist uns gelungen, aus Gelbkörper-Proben von Hauskatzen Zellen zu isolieren und zu kultivieren, die auch funktionell aktiv waren, also Progesteron produzierten. So konnten wir die regulatorische Wirkung verschiedener Effektoren auf diese Zellen testen“, sagt Beate Braun, Leiterin der Leibniz-IZW-Untersuchung. Die Methodik der Zellkultur erlaubt es, Untersuchungen durchzuführen, ohne Versuche an Hauskatzen oder Wildtieren vorzunehmen. Getestet wurden die Wirkungen eines potenziell gelbkörpererhaltenden Hormons (LH – luteinizing hormone) und eines potenziell gelbkörperabbauenden Hormons (PGF2α – Prostaglandin F2α). Das Team konnte zeigen, dass – abhängig vom Entwicklungsstadium des Gelbkörpers – die Zellen auf die Anwesenheit dieser Hormone reagierten und dadurch mehr oder weniger Progesteron produzierten.

„Das Besondere an der Untersuchung ist, dass wir die eigens für Hauskatzen entwickelte Methode auch auf unser rares Probenmaterial von wildlebenden Katzenarten wie dem Afrikanischen und Asiatischen Löwen, der Asiatischen Goldkatze und dem Java-Leopard erfolgreich anwenden konnten. Das zeigt uns, dass es möglich ist, verwandte Tierarten für den Erkenntnisgewinn zu nutzen und sowohl die Techniken als auch das Wissen auf bedrohte Arten zu übertragen“, erklärt Michał Hryciuk, der mit diesen erfolgreichen Untersuchungen seine Promotion im Fach Reproduktionsbiologie abschließen wird. Ziel ist es nun, auch Gelbkörperzellen von Luchsen ins Visier zu nehmen, um deren Besonderheiten bezüglich der Langlebigkeit von Gelbkörpern zu untersuchen.

Die Übertragung wissenschaftlicher Labormethoden von domestizierten Tieren auf Wildtierarten ist nicht einfach, da es oft an Probenmaterial mangelt. Das zur Verfügung stehende Wildtiermaterial stammt von toten oder kastrierten Tieren aus zoologischen Einrichtungen und fällt nur sehr selten an. „Systematische Untersuchungen, die in der Wissenschaft Grundvoraussetzung sind, sind daher kaum möglich. Wir etablieren unsere Zellkulturen deshalb auf der Grundlage von Modelltieren. Die Hauskatze bietet sich hier an, da ihre Eierstöcke nach der Kastration in Tierarztpraxen permanent anfallen. So sind wir bereit, wenn eine besondere Probe kommt“, sagt Prof. Katarina Jewgenow vom Leibniz-IZW. „Im Rahmen des Felid-Gamete-Rescue-Projektes arbeiten wir international mit zoologischen Einrichtungen zusammen, so dass wir das selten anfallende Probenmaterial optimal nutzen können. Unsere Partnerschaft mit dem Skandinavischen Luchsprojekt und dem Ex-situ-Erhaltungszuchtprogramm der Pardelluchse wird uns zukünftig auch den Zugang zu Gelbkörpern dieser europäischen Katzenarten ermöglichen.“

Die Wissenschaftler*innen des Leibniz-IZW erforschen die Funktionsweise von Gelbkörpern schon seit längerem. Auslöser dafür war die bedrohteste Katzenart überhaupt, der Pardelluchs (Lynx pardinus) auf der Iberischen Halbinsel. Pardelluchse bekommen einmal im Jahr Jungtiere; die Bestände waren um die Jahrtausendwende auf unter 200 Individuen in freier Wildbahn geschrumpft, weshalb ein Arterhaltungsprogramm (Iberian lynx conservation breeding program) initiiert wurde. Das Programm, zu dem das Leibniz-IZW beiträgt, hat dazu geführt, dass heute wieder über 1.000 Tiere durch die Weiten der Iberischen Halbinsel streifen. Die Erforschung von Fortpflanzungsmechanismen ist dabei ein wichtiger Bestandteil, der das nachhaltige Überleben dieser Wildkatzenart sichern wird.

Das Leibniz-IZW gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. und ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Das Ziel ist, die Anpassungsfähigkeit von Wildtieren im Kontext des globalen Wandels zu verstehen und zum Erhalt von gesunden Wildtierbeständen beizutragen. Die aktuellen Forschungsergebnisse leisten einen Beitrag zum Verständnis der Reproduktionsmechanismen hoch-bedrohter Katzenarten, um langfristig bessere Zuchterfolge bei bedrohten Arten zu erzielen.

Dieses Grundlagenforschungsprojekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft 2017-2021 (DFG BR 4021/5-1) finanziert.

Publikationen
Hryciuk MM, Jewgenow K, Braun BC (2021): Cloprostenol, a synthetic analogue of prostaglandin F2α, induces functional regression in cultured luteal cells of felids. Biology of Reproduction, doi:10.1093/biolre/ioab070. https://doi.org/10.1093/biolre/ioab070
Hryciuk MM, Jewgenow K, Braun BC (2021): Luteinizing hormone effect on luteal cells is dependent on the corpus luteum stage in felids. Animals 11, 179, doi: 10.3390/ani11010179. https://doi.org/10.3390/ani11010179

Von September 2019 bis Oktober 2020 führten Wissenschaftler*innen des Leibniz-IZW und des SIE systematische Wildkamerabeobachtungen im Bidoup-Nui-Ba-Nationalpark in Zusammenarbeit mit Expert*innen des Nationalparks und der Nichtregierungsorganisation Global Wildlife Conservation (GWC) durch. Sie stellten 103 Kameras in einem systematischen Raster etwa 30 bis 40 Zentimeter oberhalb des Bodens in verschiedenen Habitaten des Parks auf. Die Kameras waren in 13.632 Nächten aktiv und lichteten Annamitische Streifenkaninchen insgesamt 20-mal an drei verschiedenen Lokalitäten ab. Alle 20 Aufnahmen entstanden nachts, in Höhenlagen zwischen etwa 1.500 und 1.900 Metern und in einem feuchten, immergrünen Laubwald mit mehrstufigem, geschlossenen Kronendach und dichter, feuchter Unterholzvegetation. „Die Fotos sind der erste Nachweis der Art im südlichen Truong-Son-Gebirge – etwa 300 km südlich des südlichsten Punktes der Verbreitungskarte der IUCN für die Art und fast 400 km südlich der jüngsten Kamerafallen-Nachweise aus der Provinz Quang Nam“, sagen An Ngyuen und Dr. Andrew Tilker vom Leibniz-IZW. „Zudem wurden Annamitische Streifenkaninchen bislang noch nie in dieser Höhe gesichtet.“

Die neuen Daten über die Art zeigen auch, wie groß die Wissenslücken über die neu entdeckte Population, den Lebensraum der Art in Truong-Son-Gebirge und ihre Biologie und Verbreitung sind. „Interessant ist, dass die Kameras nur an wenigen Stellen und nur gelegentlich die rostfarbenen Nagetiere mit den charakteristischen Streifen in dem großen und relativ gut geschützten Nationalpark erfassten“, sagt Duy Le von SIE. „Wir gehen davon aus, dass Wilderei mit Schlingfallen – die Hauptbedrohung für die Art – geringer als im zentralen oder nördlichen Truong-Son-Gebirge ist. Die offensichtlich geringe Dichte der Art muss daher durch zusätzliche Erhebungen und Analysen in Bidoup Nui Ba sowie angrenzenden oder nahe gelegenen Regionen bestätigt, erklärt oder widerlegt werden.“ Eine weitere Priorität für die Forschung wird sein, die bekannten Populationen des Annamitischen Streifenkaninchens im südlichen, zentralen und nördlichen Truong-Son-Gebirge auf ihre genetische Vielfalt zu untersuchen. Das Gebiet des Dalat-Plateaus im südlichen Teil der Gebirgskette, in dem sich der Bidoup-Nui-Ba-Nationalpark befindet, ist von den feuchten, immergrünen Wäldern Zentralvietnams durch eine Region mit Trockenwaldlebensraum getrennt. Wenn das Annamitische Streifenkaninchen ein echter Lebensraumspezialist feuchter immergrüner Wälder ist – worauf alle Informationen derzeit hindeuten – sind isolierte Populationen im südlichen, zentralen und nördlichen Teil des Gebirgszuges wahrscheinlich und auch genetisch unterscheidbar.

„Die Entdeckung der neuen Population ist für den Erhalt dieser stark bedrohten Art von großer Bedeutung“, sagt Dr. Le Van Huong, der Direktor des Bidoup-Nui-Ba-Nationalparks. „Als nächsten Schritt werden wir mit unseren Partnern umfangreiche Erhebungen durchführen, um die Bestände des Annamitischen Streifenkaninchens in diesem Verbreitungsgebiet genauer zu untersuchen und dabei zu analysieren, welche Umweltfaktoren das Vorkommen dieser Art beeinflussen. Wir sind besorgt, dass ein Rückgang der Bestände zum lokalen Aussterben der einzigen bekannten Population des Annamitischen Streifenkaninchens im südlichen Truong-Son-Gebirge führen könnte. Wir freuen uns darauf, Maßnahmen zum Schutz dieser endemischen Art zu ergreifen – als Teil unserer Bemühungen, jene Artenvielfalt zu schützen, die den Bidoup-Nui-Ba-Nationalpark so besonders macht.“

Publikation

Nguyen A, Tilker A, Le D, Le HV, Le SV, Luu TH, Tran VB, Wilting A (2021): New records and southern range extension of the Annamite striped rabbit Nesolagus timminsi in Vietnam. Mammalia. https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/mammalia-2020-0189/html