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Fragen über das Leben ausgestorbener Vögel, die jetzt in Naturkundemuseen thronen, blieben lange nach ihrem Tod bestehen: Wie klangen sie? Wie sahen sie im Flug aus? Welche ökologische Nische haben sie bewohnt? Während Bemühungen im Gange sind, ausgestorbene Säugetiere wie das Wollmammut und den Quagga durch Klonen, künstliche Befruchtung und einen Zuchtprozess zurückzubringen, der darauf abzielt, domestizierte Arten auf Phänotypen zurückzuführen, die ihren wilden Vorfahren sehr ähnlich sind, sind die Fortpflanzungssysteme der Vögel diesen Techniken nicht so zugänglich.Wissenschaftler wenden sich also der kultivierten Keimzellübertragung zu, einer vielversprechenden Technik, die seit mehr als einem Jahrzehnt zur Vermehrung genetisch veränderter domestizierter Hühner eingesetzt wird. Die Idee ist, dass Gene von ausgestorbenen Vögeln repliziert und in die Keimbahnen von Wirtsembryonen eingeführt werden könnten.
Wir beginnen an einem Ort, an dem es zumindest eine praktikable Technologie gibt, und dann treten wir biologisch aus.
—Rosemary Walzem, Texas A&M University
Während die Technik bei Hühnern gut funktioniert, unterstützen aktuelle Zellkulturmedien keine primordialen Keimzellen (PGCs) von Wildvögeln, die Vorläufer von Spermien und Eizellen. PGCs übertragen genetische Sequenzen in einen Wirt, damit sie über Generationen weitergegeben werden können. Revive & Restore, eine Organisation, die Biotechnologien in den Naturschutz einbindet und einen Großteil der Forschung zum Aussterben unterstützt, hat es sich zur Priorität gemacht, solche Medien zu entwickeln. Es würde die groß angelegte Amplifikation von Wildvogel-PGCs ermöglichen, möglicherweise auch von gefährdeten Vögeln, und eine Plattform für Genmodifikationen bieten, die dazu beitragen könnten, ausgestorbene Arten wieder zum Leben zu erwecken.“Kultivierung ist hart“, sagt Marie-Cecile Van de Lavoir, Vice President of Operations bei Ligand Pharmaceuticals, die in einer Studie aus dem Jahr 2006 die Technik bei Hühnern weiterentwickelte, indem sie die ersten Kulturen modifizierter PGCs entwickelte, die sich nicht von ihrem Phänotyp unterschieden und der Keimbahnübertragung gewidmet blieben. Sie hat mehrere verwandte Patente auf diesem Gebiet und lieferte erste Machbarkeitsstudien, um & Restore für seine Bemühungen zur Ausrottung von Vögeln wiederzubeleben. „Bisher habe ich bei keiner anderen Spezies“ außer Hühnern ein Kultursystem gesehen, das die gewünschte Wirksamkeit zeigt, sagt sie. „Jede Vogelart hat einen anderen Kulturbedarf. Und wir wissen noch nicht ganz, was diese Anforderungen sind.“
Rosemary Walzem, eine Ernährungsbiochemikerin an der Texas A&M University, versucht zusammen mit einem kleinen Team von Studenten und Postdoktoranden, das zu beheben.
„Wir gehen von einem Ort aus, an dem es zumindest eine praktikable Technologie gibt, und dann treten wir biologisch aus“, sagt Walzem zu einem Verwandten des Huhns, dem gefiederten Auerhahn (Tympanuchus cupido pinnatus). Und sobald die kultivierte Keimzelltechnik im gefiederten Moorhuhn stabilisiert ist, würde die Strategie auf eine eng verwandte, ausgestorbene Unterart des Moorhuhns ausgeweitet.
Betreten — oder besser gesagt, verlassen – die Heidehenne.
Die Heidehenne (T. cupido cupido) bewohnte die Buschland- und Sandflächen der Ostküste Nordamerikas und war bis Mitte des neunzehnten Jahrhunderts ein großes Auerhahn und ein Grundnahrungsmittel. Der Vogel war so verbreitet, dass der Naturforscher Thomas Nuttall 1832 berichtete, dass „Diener mit ihren Arbeitgebern vereinbarten, Heidehennen nicht öfter als ein paar Mal pro Woche an den Tisch zu bringen.“Überjagung, Krankheiten und andere Belastungen führten zu einem steilen Rückgang der Anzahl der Heidehennen. Bis 1870 blieben nur noch Restpopulationen auf Küsteninseln, einschließlich des letzten Standes der Heidehenne auf Martha’s Vineyard, wo der Vogel zu einem Cause Célèbre wurde. Einen frühen Versuch der Erhaltung markierend, wurde das Heath Hen Reserve 1908 gegründet; Hier versammelten sich Vogelliebhaber in der Nähe von Paarungshabitaten, die Leks oder Booming Grounds genannt wurden, um die extravaganten Balztänze der Männchen zu beobachten. Die Vögel würden ihre Füße stampfen, zwei hornartige Federn direkt über große, bunte Luftsäcke an ihren Hälsen strecken und eine Kaskade dröhnender Geräusche aussenden. Die letzte Heidehenne, den Einheimischen als Booming Ben bekannt, wurde 1932 gesehen.
Ein gemeinsames Interesse an der Modifizierung von Vogelgenomen brachte Walzem einen Zuschuss von Revive & Restore ein, um auf das Aussterben der Art hinzuarbeiten. Der erste Schritt in Walzems Versuch, die Heidehenne zurückzubringen, war die Etablierung einer Brutpopulation von gefiedertem Auerhahn in Texas A&M. Das gefiederte Auerhahn hat die gleiche Morphologie wie sein kleinerer, ausgestorbener Cousin, und obwohl es aus einem Großteil seines präkolumbianischen Verbreitungsgebiets verschwunden ist, kann es immer noch in 10 Staaten gefunden werden. Nach einem erfolgreichen Transfer von einem Züchter in sein neues Gehege in Texas A&M produzierte ein Schwarm von acht Vögeln während der letzten Paarungszeit im Jahr 2020 66 Eier.
Der nächste Schritt, um „das Projekt voranzutreiben, besteht darin, Bedingungen zu schaffen, unter denen wir Urkeimzellen zuverlässig in Kultur züchten können“, sagt Walzem. Zu diesem Zweck werden PGCs aus gefiederten Moorhuhnspenderembryonen extrahiert und in vitro kultiviert, wo sie repliziert werden können. In diesem Zustand sind die PGCs leicht zugänglich für Manipulationen, einschließlich der Genombearbeitung, die in Zukunft genetische Sequenzen einführen könnte, die von ausgestorbenen Arten kopiert wurden. Als nächstes werden die Zellen in einen sich entwickelnden Hühnerembryo injiziert, wo sie zu den Geschlechtsorganen wandern. Wenn der Ersatz schlüpft und sich schließlich vermehrt, beherbergen das Sperma und die Eizelle seiner Nachkommen das Genom des Spenderhuhnembryos sowie alle von Wissenschaftlern eingeführten genetischen Änderungen.
Walzems erste Versuche, gefiederte Auerhahn-PGCs aus Embryonen zu vermehren und zu erweitern, waren in zwei verschiedenen Medientypen nicht erfolgreich.
„Es könnte Hunderte von Molekülen geben, die an der Programmierung einer Zelle beteiligt sein müssen“, erklärt Walzem. Um die Ernährungsbedürfnisse von PGCs zu verstehen und das beste Rezept für ihre Unterstützung in vitro zu entwickeln, wirft Walzem ein weites Netz, um mit den verfügbaren Medienbedingungen zu experimentieren. Sie plant, analytische Plattformen wie Metabolomics und Zytokin-Arrays einzusetzen, um zu verstehen, warum Keimzellen in einigen Medienchargen gedeihen und sich vermehren und in anderen nicht.
Durch die Verfolgung von Signalmolekülen, den sogenannten Zytokinen, wird Walzem nach Hinweisen auf die Entwicklungsstadien der Zellen suchen, um festzustellen, an welchem Punkt sie sich weiter entwickeln oder zum Stillstand kommen. Zusammen mit dem Metabolitenprofil könnten Zytokine die erforderlichen Inhaltsstoffe für das optimale PGC-Medium weiter lokalisieren. Oder umgekehrt, was ihr Team entdecken könnte, ist, was Keimzellen davon abhält, überhaupt in den Medien zu gedeihen. „Und das kann der größte Schritt nach vorne sein“, um Hindernisse zu identifizieren und zu beseitigen, sagt Walzem.
Sollte es dem Texas A&M-Team gelingen, gefiederte Auerhahnkeimzellen zu kultivieren, besteht der nächste Schritt bei der Keimbahnübertragung darin, diese Zellen während eines genauen Zeitfensters in den Blutkreislauf eines Wirtshühnerembryos zu injizieren, das es den Zellen ermöglichen würde, die Gonaden des Embryos zu besiedeln und zu besetzen und sich dann normal als Spermien oder Eier zu entwickeln.
Aber der Wirtshühnerembryo hat auch seine eigenen Keimzellen, „und im Grunde gibt es einen Hundekampf zwischen wem“, sagt Walzem. „Und man muss sich vorstellen, dass die eigenen PGCs des Empfängers einen Heimvorteil haben.“
Aus diesem Grund beträgt die Erfolgsrate der Keimbahnübertragung bei Hühnern nur 5-8 Prozent, sagt Eszter Patakiné Várkonyi in einer E-Mail an den Wissenschaftler. Als Senior Fellow am Nationalen Zentrum für Biodiversität und Genschutz, Institut für Nutztiergenschutz, in Ungarn, hat sie sich auf die Erhaltung seltener Hühnerrassen konzentriert, die auf kleinen landwirtschaftlichen Betrieben in Ungarn beliebt sind und resistenter gegen Krankheiten und Parasiten sind als Vögel in der industriellen Geflügelhaltung. Um die ursprüngliche Keimzellübertragungsrate zu steigern, schlägt Várkonyi vor, chemisch sterilisierte Hühnerembryonen zu verwenden: Ohne konkurrierende native Keimzellen steigt der Keimbahnübertragungserfolg auf bis zu 99,5 Prozent. Die Verwendung sterilisierter Hühnerembryonen zur Aufnahme gefiederter Moorhuhnkeimzellen ist eine Taktik, die Walzem in Betracht zieht.
Sollte sich dieses kultivierte Keimzellübertragungsmanöver als erfolgreich erweisen und sich das Ersatzhuhn mit einem anderen Huhn vermehrt, das ebenfalls die Auerhahnkeimbahn trägt, wird sein Nachwuchs gefiedertes Auerhahn sein.
Walzem plant, die Zusammenarbeit mit ihren Kollegen auf diesem Gebiet fortzusetzen, um die Unterschiede zwischen dem Genom von Heidehennen und gefiederten Moorhühnern weiter zu identifizieren, ein Prozess, der bereits von Revive & Restore durch die Finanzierung der Genomsequenzierung der Gattung Tympanuchus-Moorhühner vorangetrieben wurde. Wenn die für die Heidehenne spezifischen Gene in Summe identifiziert werden, sucht sie das Texas A&M Institut für Genomische Medizin, um sich den Bemühungen anzuschließen und die entsprechenden Gene in den gefiederten Moorhuhnkeimzellen zu bearbeiten, um Heidehennenattribute zu verleihen.
Ob das, was letztendlich in Walzems Labor schlüpft, wirklich die Heidehenne repliziert, bleibt abzuwarten. Epigenetik und Umwelt werden auch eine entscheidende Rolle bei der Konditionierung und dem Überleben spielen. Und damit jede Naturschutzbemühung Bestand hat, muss der Mensch den Lebensraum des Vogels besser schützen. Zu diesem Zweck beabsichtigt Revive & Restore, Herden von Chimären und Ersatzheidehennen zu erhalten und die Art zur weiteren Untersuchung wieder in die geschützten Sandflächen der Massachusetts Islands einzuführen. Wenn das Bestreben, die Heidehenne auszurotten, es bis zu diesem Punkt schafft, könnte ein solcher Meilenstein 10 oder mehr Jahre entfernt sein.
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