Kryokonservierung von Flussbarsch-Spermien verschiedener Populationen am Standort Born auf dem Darß

Spermiengewinnung von Flussbarschmilchnern

Die Kryokonservierung, also das Tieffrieren von genetischem Material wie somatischen Zellen oder Gameten, bietet die Möglichkeit, die genetische Information kostengünstig und platzsparend über sehr lange Zeiträume zu erhalten. In der Tierzucht ist die Kryokonservierung von Spermien, Eizellen und Embryonen mittlerweile ein Standardverfahren, um diese bei Bedarf wieder aufzutauen.

Die Technik ist zu einem Milliardengeschäft gewachsen (Tiersch, 2008). So werden beispielsweise jährlich über 260 Millionen Portionen an Spermien von Bullen produziert, tiefgefroren, gelagert und um die Welt verschickt, um künstliche Befruchtungen durchzuführen (Yimer et al., 2016). Diese Methode hat sich seit Mitte des 20. Jahrhunderts etabliert und spielt eine zentrale Rolle in der weltweiten Verbreitung wertvoller männlicher Genetik. Viele weitere Anwendungen haben sich seitdem in Kombination mit Kryokonservierung entwickelt, wie etwa Androgenese oder der Zelltransfer. In der Aquakultur ist zwar mittlerweile das Einfrieren von Spermien verschiedener Fischarten möglich und im Fall von Lachssperma ein Geschäftsmodell geworden.

Bislang gibt es jedoch erst sehr wenige Firmen auf dem Markt. Dies liegt vor allem auch an den Problemen beim Einfrieren und Auftauen von unbefruchteten Fischeizellen oder von Fischembryonen, die aufgrund ihrer Größe bisher noch nicht eingefroren und vital aufgetaut werden konnten. Eine Kooperation der Landesforschungsanstalt M-V und der Fraunhofer EMB arbeitet seit dem Frühjahr 2016 an der praktischen Umsetzung der Kryokonservierung von Flussbarschsperma am Standort Born auf dem Darß.

Die Erstellung eines Zuchtstammes ist ein Hauptziel des aktuellen Flussbarschprojektes zur Optimierung der Satzfischproduktion in Mecklenburg-Vorpommern. Die dazu in der Anlage gehaltenen Elterntiere könnten so effektiver züchterisch bearbeitet werden. Hierbei ist besonders die Konservierung wertvoller Merkmale der einzelnen Herkünfte von großem Interesse. Besonders die Konservierung von Spermienproben hochqualitativer Flussbarschmilchner zur Optimierung von Befruchtungsraten und des Reproduktionserfolgs kann einen hohen Beitrag zur Steigerung der Produktivität leisten. Ziel der Auftragsforschung ist der Einsatz dieses Verfahrens als Garantie für die Verfügbarkeit von hochqualitativem Flussbarschsperma über den gesamten Jahresverlauf, um besonders bei außersaisonalen Reproduktionen höhere Reproduktionserfolge zu generieren.

Bei der Kryokonservierung von Zellen ist die Beachtung physikalischer und biologischer Reaktionen von Zellen zur erfolgreichen Durchführung notwendig. Besonders bei einem durch den Abkühlvorgang induzierten Phasenwechsel von Wasser in der extrazellulären und intrazellulären Umgebung kann es zu Zellbeschädigungen kommen. Vor dem Kryokonservierungsvorgang von Zellen (z.B. Fischspermien) müssen verschiedene Substanzen zugegeben werden, um die Befruchtungsfähigkeit aufrechtzuerhalten, d.h. die Spermien vor eigenen toxischen Nebenprodukten und Frostschäden von außen zu schützen. Hierfür werden zuckerhaltige Extender verwendet. Andererseits muss der Schutz des biologischen Gewebes innerhalb der Zellen vor Frostschäden gewährleistet werden, hier eignen sich zellpenetrierende Kryoprotektanzien wie z.B. DMSO (Dimethylsulfoxit) oder Methanol am besten.

Erst nach der Zugabe dieser Substanzen kann das Tiefgefrieren der Zellen erfolgreich durchgeführt werden. Sollen die Zellen dann aufgetaut und eingesetzt werden, werden den Spermien Aktivierungslösungen zur verbesserten Reaktivierbarkeit beigemengt. Diese Aktivierungslösungen haben im Vergleich zur Probe eine andere Osmolalität und führen so zu einer Initiierung der Geißelbewegung des Spermiums.

Durch diese Technologie ist die Lagerung und Versendung kryokonservierter Proben einfach möglich und kann zu einer besseren Vernetzung der Züchter über ganz Europa führen. Eine Kooperation und die Teilnahme am Aufbau einer europäischen Spermienbank für Flussbarsche wären somit in greifbarer Nähe. Das Projekt „Optimierung der Satzfischproduktion von europäischen Flussbarschen (Perca fluviatilis L.) in Mecklenburg-Vorpommern“ wird durch das Land Mecklenburg-Vorpommern und den Europäischen Meeres- und Fischereifonds (EMFF) gefördert.

 

 

Literatur

Tiersch, Terrence R.. (2008). Strategies for commercialization of cryopreserved fish semen. Revista Brasileira de Zootecnia, 37(spe), 15-19. https://dx.doi.org/10.1590/S1516-35982008001300003

Nurhusien Yimer, Asmatullah Kaka, Rosnina Yusoff and Abdul Wahid Haron (November 30th 2016). The Roles of Antioxidants and Fatty Acids in Sperm Cryopreservation, Cryopreservation in Eukaryotes, Francisco Marco-Jiménez and Hülya Akdemir, IntechOpen, DOI: 10.5772/65571. Available from: https://www.intechopen.com/books/cryopreservation-in-eukaryotes/the-roles-of-antioxidants-and-fatty-acids-in-sperm-cryopreservation