Forscher der Universität Tsukuba haben eine fortschrittliche Kühllagertechnologie entwickelt, die die Befruchtungsfähigkeit von Hühnerspermien verlängert, indem sie die Dynamik des Energiestoffwechsels stoppt, was durch den Abbau von Kalzium innerhalb und außerhalb der Spermien erreicht wird. Diese Innovation birgt neben der Erhaltung und Erweiterung einzigartiger genetischer Ressourcen ein enormes Potenzial zur Steigerung der Effizienz der Geflügelzucht und bietet damit einen vielversprechenden Weg zur Erhaltung der Artenvielfalt bei Geflügelarten.
Die In-vitro-Spermienkonservierung ist für Vogelarten mit großen Eiern, die für die Kryokonservierung ungeeignet sind, von entscheidender Bedeutung. Die gekühlte Lagerung ist eine wichtige Methode, die aufgrund ihrer Einfachheit, Erschwinglichkeit und industriellen Machbarkeit bevorzugt wird. Allerdings sind Vogelspermien, insbesondere Hühnerspermien, anfällig für Schäden durch niedrige Temperaturen.
Bei Hühnern beeinträchtigt die gekühlte Lagerung deutlich die Zellmembranen und Mitochondrien der Spermien, wodurch die Befruchtungskapazität innerhalb von 6–24 Stunden drastisch reduziert wird. Trotz dieser Verschlechterung der Befruchtungsfähigkeit innerhalb eines so kurzen Zeitraums weisen Hühnerspermien eine bemerkenswerte Haltbarkeit auf und behalten ihre Lebensfähigkeit und Befruchtungsfähigkeit bis zu drei Wochen lang, nachdem sie in den weiblichen Fortpflanzungstrakt gelangt sind.
Forscher untersuchten die Regulierungsmechanismen, die die Befruchtungsfähigkeit von Hühnerspermien aufrechterhalten und stören. Sie fanden heraus, dass eine durch die Kühllagerung verursachte Beeinträchtigung der Fruchtbarkeit auf einen Einstrom von Kalziumionen in die Spermien zurückzuführen ist.
Experimente mit spezifischen Chelatoren zur Extraktion von Kalziumionen aus dem Inneren und der Umgebung der Zellen ergaben eine reversible Deaktivierung der Befruchtungsfunktionen der Spermien. Dies wurde durch In-vivo-Fruchtbarkeitstests bestätigt, die zeigten, dass Spermien länger als drei Tage gekühlt werden konnten, was die bisherige Lagerdauer übersteigt.
Das Team befasste sich eingehender mit diesem Phänomen und konzentrierte sich dabei auf den Energiestoffwechsel. Sie beobachteten, dass die Entfernung von intra- und extrazellulärem Kalzium die Dynamik des Energiestoffwechsels bei Hühnerspermien beeinflusst und einen physiologischen Ruhezustand induziert. Dieser Zustand weist Merkmale wie Zellhypoxie, erniedrigten pH-Wert und intermittierende Motilität auf.
Diese Ergebnisse jetzt veröffentlicht In Wissenschaftliche Berichtelegen nahe, dass Kalzium als molekularer Schalter fungiert und die Ruhephase und Reaktivierung der Befruchtungsfunktionen im Hühnersperma reguliert. Dieser Wechsel könnte an der Fortpflanzungsstrategie von Geflügelspermien beteiligt sein, die mehrere Wochen im weiblichen Fortpflanzungstrakt überleben können und sich mit dem Eisprung synchronisieren, um die Eizellen zu befruchten.
Diese innovative, unkomplizierte Technik zur langfristigen Kühllagerung von Spermien könnte der Geflügelzuchtindustrie erhebliche Vorteile bringen und kostengünstige und effiziente Vermehrungsmethoden für seltene genetische Ressourcen bieten.
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Pangda Sopha Sushadi et al.: Die Hemmung der kalziumregulierten Spermienstoffwechseldynamik ermöglicht eine verlängerte Fruchtbarkeit bei der Lagerung von flüssigem Geflügelsperma. Wissenschaftliche Berichte (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-48550-2