Spermien von Kängurus enthalten ungewöhnliche Fettsäuren

(10.10.2017) Mit künstlicher Besamung lassen sich bedrohte Tierarten erhalten. Was bei vielen Säugetieren möglich ist, gelang bisher bei Kängurus nur in Ausnahmen – ihre Spermien sind nach dem Einfrieren zu stark geschädigt.


Spermien eines Bennett Kängurus vor dem Einfrieren ; Elektronenmikroskop Supra 40 VP; Vergrößerung 16298 x.
Jetzt haben Wissenschaftlerinnen des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) in Zusammenarbeit mit der Universität Leipzig die Zusammensetzung von Känguruspermien mithilfe der Massenspektrometrie analysiert.

Die Untersuchungen zeigten, dass die Membranen der Spermien aller untersuchten Känguruarten Lipide mit einer ungewöhnlichen Fettsäure, der Docosatriensäure, enthalten. Sie könnte die bislang erfolglose Gefrierkonservierung erklären.

Die Ergebnisse sind in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift „Lipids“ erschienen.

Eingefrorene Känguruspermien sind nach dem Auftauen so stark geschädigt, dass sie nicht mehr für eine Besamung verwendet werden können. Oft weisen sie beschädigte Zellmembranen auf. Bei anderen Säugetieren helfen Schutzsubstanzen, die den Spermien vor der Kryokonservierung, dem Einfrieren in flüssigem Stickstoff, zugesetzt werden.

Es ist wahrscheinlich, dass diese Gefrierschutzmittel die Zellmembranen stabilisieren. Auch eine Reparatur der Lipidschichten kann hierdurch möglich sein. Eine geeignete Schutzsubstanz für die Känguruspermien muss jedoch erst noch gefunden werden.

Um diese Suche zu erleichtern, wurden am Leibniz-IZW Zellmembranen von Känguruspermien verschiedener Arten isoliert und an die Universität Leipzig zur massenspektrometrischen Untersuchung geschickt.

Als Ausgangsmaterial dienten dabei Spermien, die aus den Nebenhoden verstorbener Kängurus entnommen wurden. Die Spermienanalyse der Universität Leipzig führte zu sehr überraschenden Ergebnissen: Neben einer veränderten Lipidzusammensetzung während der Reifung im Nebenhoden, wie sie bei vielen anderen Tierarten auch beschrieben wurde, fanden sich in den Spermien der Kängurus in hohem Anteil Lipide mit der ungewöhnlichen Fettsäure Docosatriensäure.

„Diese Fettsäure haben wir bisher in Spermien anderer Säugetierarten nicht gefunden“, erklärt Dr. Ulrike Jakop, Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Leibniz-IZW. Mit drei Doppelbindungen gehört die Docosatriensäure zu den ungesättigten Fettsäuren.

Membranen von Säugerspermien besitzen zumeist einen hohen Anteil an Lipiden mit ungesättigten Fettsäuren, häufig sogar mit bis zu sechs Doppelbindungen, die für die erforderliche Membranfluidität sorgen – aber auch das Risiko für Membranschäden durch oxidativen Stress erhöhen.

Welche Konsequenzen die ungewöhnliche Fettsäure für die Membranarchitektur der Spermien hat, und ob sie für die schlechte Qualität der Spermien nach der Kryokonservierung verantwortlich ist, bedarf weiterer Untersuchungen.

Die Zusammensetzung von Spermienmembranen ist auch in anderen Zusammenhängen wichtig: So untersucht die Forschungsgruppe von Dr. Jürgen Schiller, Biophysiker an der Universität Leipzig, zum Beispiel, ob eine veränderte Lipidzusammensetzung von Spermien eine Ursache für Fertilitätsverluste bei Männern sein kann.

Die ungewöhnliche Zusammensetzung der Spermienmembranen kann eine mögliche Erklärung sein, warum bisherige Schutzsubstanzen den Känguruspermien beim Überleben im flüssigen Stickstoff nicht helfen.

Fast ein Fünftel der 67 Arten der Familie der Kängurus (Macropodidae) werden nach der Roten Liste der Weltnaturschutzunion IUCN (International Union for Conservation of Nature) als stark gefährdet oder sogar vom Aussterben bedroht eingestuft. Vier Arten galten im Jahre 2016 als bereits ausgestorben.

Bei hoch bedrohten Arten sind Verfahren der assistierten Reproduktion für Artenschutzprojekte wichtig und bedingen normalerweise den Einsatz von Gefrierkonservierung.

Eine künstliche Besamung mit Spermien, die durch Einfrieren aufbewahrt werden können, kann die genetische Vielfalt in kleinen Tierpopulationen verbessern und somit das Überleben bedrohter Tierarten sichern.

Publikation

Engel KM, Schiller J, Müller K, Dannenberger D, Jakop U (2017): The phospholipid composition of kangaroo spermatozoa verified by mass spectrometric lipid analysis. Lipids, doi 10.1007/s11745-017-4283-9.



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