Pandazucht - Brückenschlag zwischen Reproduktionsbiologie und innovativen Techniken der assistierten Reproduktion

Wir gehen den Geheimnissen der Reproduktionsbiologie von Großen Pandas - insbesondere der Regulierung der Diapause - auf den Grund. Dabei setzen wir assistierte Reproduktionstechniken (ART) und anschließende In-vitro-Modellierung ein. Das erworbene Wissen soll dazu dienen, den Embryotransfer bei pseudoträchtigen Weibchen zu entwickeln.

 

Projektdetails
Laufzeit: 06/2017 – 12/2025
Drittmittelfinanziert: ja
Beteiligte Abteilung(en): Abt. Reproduktionsmanagement, Abt. Reproduktionsbiologie
Projektleitung im Leibniz-IZW: Thomas Hildebrandt (Abt. Reproduktionsmanagement), Jella Wauters (Abt. Reproduktionsbiologie)
Projektbeteiligte im Leibniz-IZW: Frank Göritz (Abt. Reproduktionsmanagement)
Konsortialpartner: Chengdu Research Base of Giant Panda Breeding (China), Zoologischer Garten Berlin, Ghent University
Aktuelle Förderorganisation: Chengdu Research Base of Giant Panda Breeding (China)
Forschungsschwerpunkte:
Verständnis von Herausforderungen für Wildtiere
Verbesserung der Lebensfähigkeit von Wildtierpopulationen
Entwicklung neuer Theorien, Methoden und Werkzeuge
Bildergalerie

 

Der Erfolg des Zuchtprogramms für in menschlicher Obhut lebende Große Pandas hat in den letzten Jahrzehnten exponentiell zugenommen, dank der Einführung der künstlichen Befruchtung (AI - artificial insemination) und eines verbesserten Managements des weiblichen Östrus. Letzteres umfasst ein intensives endokrines Monitoring (genaue Bestimmung des Fruchtbarkeitszeitpunkts mit Hilfe von Hormonmessungen) und Kenntnisse über die Interaktionen zwischen Männchen und Weibchen (passende Paare führen zu einer natürlichen Paarung). Ende 2019 wurde eine Population von weltweit etwa 600 in menschlicher Obhut lebenden Pandas erreicht.

Dennoch pflanzen sich nicht alle Pandas erfolgreich fort, wodurch genetisch wertvolle Tiere Gefahr laufen, unterrepräsentiert zu sein. Dies kann die Resilienz (Stabilität) der Population beeinträchtigen. Außerdem ist überraschend wenig über die spezifischen Mechanismen bekannt, die für reproduktive Besonderheiten wie Diapause und Pseudoträchtigkeit verantwortlich sind.

In diesem Projekt wollen wir Erkenntnisse zum Verständnis der Fortpflanzungsbiologie von Großen Pandas - insbesondere der Regulation der Diapause - durch einen kombinierten Ansatz von hochauflösendem Ultraschall und state-of-the-art endokrinologischen Techniken gewinnen, gestützt durch Techniken der assistierten Reproduktion (ART) und anschließende in-vitro-Modellierung. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden dann direkt in neue Techniken der assistierten Reproduktion beim Großen Pandabären einfließen. Ziel ist es, den Embryotransfer bei dieser hochbedrohten Tierart zu etablieren. Darüber hinaus ist das IZW von der Chengdu Research Base of Giant Panda Breeding essenziell in die Entwicklung systematischer Protokolle zur Diagnostik und Behandlung von Infertilität von Pandas einbezogen.

Die spezifischen Projektziele sind:

  • Unterstützung des Panda-Zuchtprogramms im Zoo Berlin durch endokrines Monitoring (zeitliche Abstimmung der künstlichen Befruchtung (AI) und Schwangerschaftsdiagnostik/Monitoring), AI- und Ultraschalltraining und Beobachtungen;
  • Erweiterung unseres Wissens über die Reproduktionsbiologie der Pandas durch verbesserte Endokrinologie und Entwicklung diagnostischer Instrumente für die Geburtenüberwachung vor Ort
  • Verknüpfung des endokrinen Profils mit den Embryoentwicklungsstadien, unterstützt durch Ultraschallbeobachtungen
  • Entwicklung innovativer Technologien der assistierten Reproduktion (ART) zur minimal-invasiven Gewinnung von Eizellen und Förderung der frühen In-vitro-Entwicklung von Embryonen aus diesen Eizellen
  • Die Induktion der Diapause in vitro zu verfolgen und zu entschlüsseln, welche Faktoren potenziell beteiligt sind (maternal und fötal);
  • Festzustellen, ob die Dormanzphase des Gelbkörpers und die Pseudoträchtigkeit als Instrument für das Management genetischer Vielfalt genutzt werden können.

Für dieses Projekt haben die Abteilungen für Reproduktionsmanagement und Reproduktionsbiologie in den vergangenen Jahren eine erfolgreiche und nachhaltige Zusammenarbeit aufgebaut. Prof. Hildebrandt ist Mitglied im Academic Committee der Chengdu Research Base of Giant Panda Breeding und wurde zur „Giant Panda Personality of the Year“ gewählt; dies ist eine Auszeichnung bei den Giant Panda Global Awards 2019 für seinen Beitrag zur assistierten Reproduktion von Pandas im Berliner Zoo und in der Chengdu Research Base of Giant Panda Breeding in China. Viele Projektziele wurden bereits erreicht:

  • Im Zoo Berlin wurden - nach erfolgreicher Besamung im April 2019 - Pandazwillinge geboren. Die Trächtigkeit wurde eine Woche vor der Geburt durch Ultraschall bestätigt. Eine intensive Überwachung der Hormonwerte (PGFM) ermöglichte eine Geburtsvorhersage 24 Tage vor der Geburt und eine weitere Bestätigung des Zeitpunkts 30 Stunden vor der Geburt.
  • Pandas verfügen über eine zeitweilige Unterbrechung der Embryonalentwicklung, auch als Keimruhe oder embryonale Diapause bezeichnet. Diese ist beim Panda zeitlich flexibel und von Umweltfaktoren abhängig; im Gegensatz hierzu ist die Diapause des heimischen Rehs zeitlich determiniert. Die In-vitro-Untersuchung der Diapause kann bahnbrechende Erfolge bei der Aufklärung der Mechanismen liefern, die für die Hemmung und Reaktivierung der Embryonalentwicklung verantwortlich sind. Dabei etablieren wir das erste In-vitro-Studienmodell für Diapause beim Großen Panda: Im Januar 2019 wurden die ersten Eizellen von Pandaweibchen durch trans-abdominale Ultraschall-gesteuerte Eizellenentnahme in Chengdu in China gewonnen. Aus den beim Panda gewonnenen Eizellen sollen Embryonen und embryonale Stammzellen erzeugt werden. Gemeinsam mit dem Team um Prof. Hou Rong, Direktor des Forschungszentrums am Chengdu Sichuan Key Laboratory of Conservation Biology on Endangered Wildlife in China, sollen in der Petrischale die für die Embryonalentwicklung relevanten Faktoren ermittelt werden. Komplementär hierzu finden an den in der Feldstation des Leibniz-IZW gehaltenen Rehen Untersuchungen zur Diapause statt. Die Abteilung Reproduktionsmanagement setzt gemeinsam mit internationalen Kooperationspartnern vielfältige und innovative Methoden ein, um deren zeitlich determinierte Diapause, insbesondere im Vergleich zum Panda zu verstehen.
  • Durch die synergistische Kombination von ultraschallbasierten (Abt. Reproduktionsmanagement) und endokrinologischen (Abt. Reproduktionsbiologie) Techniken soll darüber hinaus analysiert werden, in welchem Stadium des Zyklus ein In-vitro-Embryo in ein unbegattetes, pseudoträchtiges Weibchen transferiert werden kann. Genetisch weniger wertvolle oder überrepräsentierte Weibchen könnten somit in Zukunft genutzt werden, um genetisch wertvolle Nachkommen von Individuen auszutragen, die nicht in der Lage sind, sich selbstständig fortzupflanzen.

Diese Forschung wird zusätzlich in enger Kooperation mit der Chengdu Research Base of Giant Panda Breeding und dem Zoo Berlin durchgeführt. Teile des Projekts (insbesondere im Zusammenhang mit dem hormonellen Monitoring) werden in Zusammenarbeit mit der Universität Gent und ihren jeweiligen Projektpartnern durchgeführt.

Ausgewählte Publikationen

  • van der Weijden VA, Bick JT, Bauersachs S, Rüegg AB, Hildebrandt TB, Goeritz F, Jewgenow K, Giesbertz P, Daniel H, Derisoud E, Chavatte-Palmer P, Bruckmaier RM, Drews B, Ulbrich SE. (2021). Amino acids activate mTORC1 to release roe deer embryos from decelerated proliferation during diapause. Proc Natl Acad Sci USA 118:e2100500118. doi: 10.1073/pnas.2100500118.

  • Wauters J, Jewgenow K, Göritz F, Hildebrandt TB (2020): Could embryonic diapause facilitate conservation of endangered species? Bioscientifica Prodeedings 3rd International Symposium on Embryonic Diapause

  • Drews B, Ulbrich SE, Rudolf Vegas A, Jewgenow K, Zahmel J, Roellig K, Ortmann S, Hildebrandt TB, Göritz F (2020). Gliding into diapause: early embryo development in roe deer. Bioscientifica Prodeedings 3rd International Symposium on Embryonic Diapause.

  • Wilson KS, Wauters J, Valentine I, McNeilly A, Girling S, Li R, Li D, Zhang H, Rae MR, Howie F, Andrew R, Duncan WC (2019). Urinary estrogens as a non-invasive biomarker of viable pregnancy in the giant panda (Ailuropoda melanoleuca). Scientific Reports. 9: 12772. https://doi.org/10.1038/s41598-019-49288-6.

  • Loi P, Galli C, Lazzari G, Matsukawa K, Fulka J, Goeritz F, Hildebrandt TB (2018). Development to term of sheep embryos reconstructed after inner cell mass/trophoblast exchange. Journal of Reproduction and Development, 64(2), 187-191.

  • Hildebrandt TB, Brown JL, Göritz F, Ochs A, Morris P, Sutherland-Smith M (2006). Ultrasonography to assess and enhance health and reproduction in the giant panda. In: Giant Panda Biology, Veterinary Medicine and Management, eds. Wildt DE, Zhang A, Zhang H, Janssen DL, Ellis S. Cambridge University Press, 410-439.

  • Hermes R, Hildebrandt TB, Göritz F, Jewgenow K, Lengwinat T, Hofmann RR (2000). Ultrasonography of the ovaries and uterus and grey scale analysis of the endometrium during embryonic diapause in European roe deer (Capreolus capreolus). Acta Theriologica 45: 559-572.