Neue Wege bei künstlicher Befruchtung von Kühen

Die meisten Schweizer Kühe werden künstlich befruchtet. Keystone

Schweizer Forscher haben eine neue, gezieltere Art der künstlichen Befruchtung von Kühen entwickelt, die zu mehr Nachwuchs führen soll: Der Kuh wird dazu eine Spermien-Kapsel eingeführt, die auf den Zyklus des Tieres reagiert.

In Zukunft könnte die neue Befruchtungsmethode nach Angaben des Forschungsteams der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ) – entsprechend angepasst – auch in der Reproduktionsmedizin beim Menschen zum Einsatz kommen.

Die meisten Schweizer Kühe werden heute künstlich befruchtet. Man kann den Kühen anhand ihres Verhaltens ansehen, wann sie in die Brunst kommen, zum Einsprung also. Allerdings ist es nicht möglich, aufgrund dieser Beobachtungen von aussen den genauen Zeitpunkt des Eisprungs zu erfassen.

Auf Initiative von Swissgenetics, der grössten Vertriebsorganisation von Stiersamen in der Schweiz, hat nun ein Forschungsteam vom Departement Biosysteme der ETHZ eine Zellulose-Kapsel entwickelt, die Stiersamen und lebende Zellen enthält, die sehr sensibel auf ein bestimmtes Körpersignal der Kuh reagieren.

Hunderte dieser winzigen Kapseln werden wenige Tage vor dem erwarteten Eisprung der Kuh in deren Uterus eingepflanzt. Die lebenden Zellen in den Kapseln reagieren auf das Luteinisierende Hormon (LH), das beim Eisprung freigesetzt wird. Die Spermien kommen danach frei und können zur befruchtungsfähigen Eizelle schwimmen. (Details siehe “So funktioniert es”).

Für Züchter interessant

Für die neue Befruchtungsmethode müssen die Tierhalter nur den Zyklus ihrer Kuh kennen und anhand dessen den wahrscheinlichen Zeitpunkt des Eisprungs bestimmen. In der Zellulose-Kapsel bleiben die Spermien drei Tage lang frisch.

“Der Vorteil ist, dass wir so das Zeitfenster für eine erfolgreiche Besamung ausweiten können”, erklärt Ulrich Witschi, Vizedirektor von Swissgenetics, gegenüber swissinfo.ch.

Die Eizelle einer Kuh ist rund 24 Stunden lang befruchtungsfähig, der Stiersamen rund 20 Stunden aktiv. “Diese zwei Dinge müssen also gut synchronisiert werden.” Die neue Technologie ermögliche es, ein Produkt auf den Markt zu bringen, mit dem der Samen genau zum Zeitpunkt des Eissprungs freigesetzt werden könne.

Besonders für Züchter dürfte die neue Methode interessant sein. Denn heute ist die Befruchtung eine zeitaufwendige Sache: die Tierhalter müssen die Kühe sehr genau beobachten, um den Zeitpunkt des Eisprungs möglichst nicht zu verpassen. Theoretisch könnte die neue Kapsel den Bauern also auch helfen, Zeit zu sparen.

Vielversprechend

Der Schweizer Bauernverband (SBV) begrüsst das neue Verfahren,  fragt sich aber, wie teuer ein entsprechendes Produkt schliesslich im Vergleich mit den bisherigen künstlichen Befruchtungsmethoden sein wird.

Die Forschungsergebnisse seien “vielversprechend”, wenn auch erst im Labor, sagt SBV-Sprecher Thomas Jäggi gegenüber swissinfo.ch. “Wenn die neue Methode einmal in der Praxis genutzt wird, dürften die Chancen für erfolgreiche Befruchtungen steigen.”

“Denn oft ist es nicht einfach, die beste Zeit für die künstliche Besamung einer Kuh abzuschätzen. Mit diesen Kapseln, welche die Samen genau zur richtigen Zeit freisetzen, steigt die Chance, dass die Kuh erfolgreich befruchtet wird.”

Frühere und sicherere Trächtigkeit ihrer Tiere wird den Bauern auch helfen, Geld zu sparen. Zum Beispiel, weil die Zahl der künstlichen Befruchtungen sinkt, oder die Auslagen für den Tierarzt, wenn die Tiere keine Tests oder Unfruchtbarkeitsbehandlungen brauchen.

“Von daher begrüssen wir Forschung und neue Entwicklungen in diesem Bereich”, sagt Jäggi.

Weitere Versuche

Die Forscher haben bisher erst den prinzipielle Nachweis ihrer Methode erbracht: Tests bei 16 Kühen führten zu Embryo-Erfolgen. Zur nächsten Stufe gehört eine kurze In-vitro-Phase, bei der verschiedene Komponenten unter die Lupe genommen werden, darauf folgen Versuche in Herden und grosse Feldversuche.

Bei der neuen Methode kommen genetisch modifizierte Zellen zum Einsatz. Dies bedeute, dass man vorsichtig vorgehen müsse, um nicht mit der Schweizer Agrarpolitik in Konflikt zu geraten, die Gentechnik gegenüber eher kritisch eingestellt sei, heisst es bei Swissgenetics.

Trotzdem hoffen die ETHZ-Forscher auf einen Erfolg ihrer Methode und haben ein Patent für die Befruchtungskapseln angemeldet.

Auch für Humanmedizin tauglich?

Die ETHZ ist zuständig für jegliche Ausweitung der Forschung unter dem Patent mit Blick auf einen allfälligen Einsatz der Methode beim Menschen. Swissgenetics andererseits hat eine exklusive Lizenz für Produkte im Tierbereich erworben.

Um die Methode auch bei anderen Säugetieren zu nutzen, könnten die Wissenschafter artspezifische Zellen und Hormon-Rezeptoren verwenden, um auf Unterschiede in der Struktur des Luteinisierenden Hormons von verschiedenen Tierarten einzugehen, erklärt die ETHZ.

Der Leiter des ETHZ-Forschungsteams, Martin Fussenegger, hofft auf einen Partner aus der Industrie, um die Arbeiten zur Entwicklung der Kapseln für die humane Reproduktionsmedizin voranzubringen. Die Hochschule könnte die Sensoren-Zellen nicht im Alleingang auf den vorgeschriebenen Standard hin entwickeln. Die Idee sei für Menschen “revolutionär”, sagt Fussenegger.

Christian De Geyter von der Klinik für Gynäkologische Endokrinologie und Reproduktionsmedizin am Universitätsspital Basel ist interessiert an dieser Forschung. Er wolle das ETHZ-Team kontaktieren, um mehr darüber zu erfahren, sagt De Geyter gegenüber swissinfo.ch.

Der Zeitpunkt des Eisprungs sei bei Frauen weniger ein Thema, denn er könne einfacher vorausgesagt und medikamentös gelenkt werden. Spermienkapseln könnten jedoch allenfalls verwendet werden, um kleine Mengen Samen einzufrieren.

“Kleine Mengen Spermien können bisher nicht wirklich gut gefroren aufbewahrt werden”, da es Risiken gebe, sie zu verlieren. Wenn man die Spermien in kleine, halb-durchlässige Kapseln einbringen könnte, würde es einfacher, sie nach dem Auftauen zu verfolgen.

So funktioniert es

Die von ETH-Forschern entwickelte Zellulose-Kapsel enthält Stierspermien und lebende Zellen. Die Kapseln sind mit einem zusätzlichen genetischen Netzwerk ausgestattet, das auf ein bestimmtes Körpersignal reagiert.

Einige Hundert dieser winzigen Kapseln werden der Kuh wenige Tage vor dem erwarteten Eisprung in den Uterus eingepflanzt, wo sie überdauern, bis die Kuh empfängnisbereit ist.

Das Luteinisierende Hormon (LH), das die Kuh rund um den Eisprung herum produziert, aktiviert das zusätzliche genetische Netzwerk, mit dem die Spermien-Kapseln ausgerüstet sind. Der LH-Level im Blut steigt innerhalb von wenigen Stunden an und sinkt nach dem Eisprung rasch wieder ab.

An den Zellen in den Spermien-Kapseln sitzen LH-empfindliche Sensoren, die Kaskaden von Reaktionen auslösen, sobald das LH andockt.

Die Zellen bilden dann Zellulase, ein Enzym, das die Zellulose-Kapseln von innen her auflöst, bis diese kollabieren. Darauf werden die Samenzellen frei und können bis zur befruchtungsfähigen Eizelle schwimmen.

Da die Kapseln sehr klein sind, spürt die Kuh nichts davon. Die Kapseln können mit den gleichen Plastikröhrchen eingeführt werden wie Stierspermien bisher.

Quelle: ETHZ

(Übertragung aus dem Englischen: Rita Emch)