Fraunhofer »Cryo-Brehm« wird international

Seit September 2010 zählt auf Einladung der »Frozen Ark« auch die von der Fraunhofer-Einrichtung für Marine Biotechnologie (EMB, Lübeck) und dem Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT, St. Ingbert) im Jahr 2007 gegründete Biomaterialbank »Cryo-Brehm« – die Deutsche Zellbank für Wildtiere »Alfred Brehm«® zu den Konsortiumsmitgliedern der »Frozen Ark«.

Initiiert durch eine Kooperation der Universität Nottingham, der Zoologischen Gesellschaft Londons und dem Naturhistorischen Museum Londons, vereinigen sich derzeit weltweit die führenden Institutionen zur Umsetzung des gemeinsamen »Frozen Ark« Projekts zur Kryokonservierung von Proben gefährdeter Tierarten. Ziel ist die Erhaltung eines Mindestmaßes an genetischem Material, bevor mehr und mehr Arten aussterben und deren biologische Information unwiederbringlich verloren geht.

Hierbei soll jeder Teilnehmer seine eigene Biomaterialbank für tiergenetische Ressourcen aufbauen. Gesammelt werden DNA, lebende somatische Zellen und, wenn möglich, die Keimzellen und Embryonen der vielen Tausenden von Vertebraten und Invertebraten, die womöglich in den nächsten Dekaden aussterben werden. Der »Cryo-Brehm« konzentriert sich primär auf Vertebraten.

Ein Hauptziel dieser internationalen Vereinigung ist die Etablierung einer globalen Datenbank, in der festgehalten wird, welches biologische Material von welchen Arten bisher in den verschiedenen Sammlungen vorhanden ist. Des Weiteren wird die Dringlichkeit bestimmt, mit der genetische Resourcen der verschiedenen Arten gesammelt und konserviert werden sollten. Sie vereinigt führende Institute und Einrichtung, die Beiträge zum Artenschutz und der Erhaltung der Biodiversität leisten. Die Liste der bereits kooperierenden Institutionen beinhaltet bisher 15 renommierte Institute mit weltweit neuen Ansätzen zur Sicherung tiergenetischer Ressourcen, unter anderem das Institut für Erhaltung und Forschung für gefährdete Arten (CRES) der Zoologischen Gesellschaft San Diegos (USA) mit seinem »Frozen Zoo«, das Ambrose Monell Labor des Amerikanischen Museums für Naturgeschichte in New York (USA), das Tiergenetische Ressourcen Zentrum der Monash Universität in Melbourne (AUS), das LaCONES Labor zur Erhaltung gefährdeter Arten in Hyderabad (IND), die GoldGene Sammlung der Technischen und Naturwissenschaftlichen Universität Norwegens (NOR) und nun auch den »Cryo-Brehm« als Bestandteil des Fraunhofer-Bioarchivs Deutschlands. Die Frozen Ark wiederum selbst ist Mitglied der WAZA (World Assoziation of Zoos and Aquariums) und wurde im Juli 2010 Mitglied der BIAZA (British and Irish Association of Zoos and Aquariums).

Das Frozen-Ark Projekt ist eine kompakte und wissenschaftlich hochkarätige Ergänzung zu den weltweiten Aktivitäten zum Artenschutz. Der »Cryo-Brehm« ist eine Biomaterialbank, die sich auf die hochqualitative Ablage von lebenden Stamm- und Vorläuferzellen von Vertebraten konzentriert. Sie ist ein willkommener Partner, da dieses Konzept weltweit bisher nur von wenigen Einrichtungen umgesetzt werden konnte. Nur wenn bei Temperaturen des flüssigen Stickstoffs lebende Zellen von möglichst vielen Tierarten, insbesondere vom Aussterben bedrohter Spezies, abgelegt sind, aus denen durch Vermehrung beliebige identische Zellen ohne Erschöpfung der Bioressource gewonnen werden können, ist eine Art auf molekularer und zellulärer Ebene so vollständig wie derzeit möglich dokumentiert. Inzwischen sind derartige Biomaterialbanken zu einem unverzichtbaren Instrument der krankheits- und patientenorientierten Forschung geworden. Auch im Hinblick auf den Artenschutz sind mehr Biomaterialbanken als Ergänzung zu den klassischen Erhaltungsmaßnahmen erforderlich. Die Vorteile der Entwicklung von Biomaterialbanken für tiergenetische Ressourcen sind tiefgreifend und vielschichtig. Mit dem Verlust an Arten geht unweigerlich ein Verlust an bedeutendem, potenziellem biologischen Wissen und unwiederbringlichem Biomaterial einher. Die Erhaltung von gefährdeten Arten durch die Unterschutzstellung ihrer Lebensräume ist ohne Zweifel die prioritäre Erhaltungsmaßnahme, doch kann dies in einigen Fällen schon heute nicht mehr gewährleistet werden

Durch die Sammlung und Kryokonservierung tiergenetischer Materialien wie Keimzellen, somatische Zellen oder auch Stamm- bzw. Vorläuferzellen, vor allem gefährdeter Tierarten, wird die Möglichkeit gegeben, besagte Materialien zum Populationsmanagement bedrohter Arten, zur Nachzucht und zur wissenschaftlichen Studie dieser Tiere zu nutzen. Hierdurch können Biobanken einen entscheidenden Beitrag zur Erhaltung gefährdeter Tierarten leisten und bilden als eine Form der Ex-situ-Erhaltung eine wesentliche Schnittstelle zur In-situ-Erhaltung. Gerade dies wird durch das Übereinkommen über die biologische Vielfalt (Art.9, Convention on Biological Diversity CBD) auf internationaler Ebene gefordert. Es ist daher eine generationsübergreifende und längst überfällige Aufgabe, die von uns vorgefundene Artenvielfalt an unsere Kinder und Kindeskinder zu überliefern. Die Biomaterialbanken sind hierfür das zeitgemäße und beste Mittel, welches die Wissenschaft derzeit anbieten kann. Weiterhin besitzen tiergenetische Ressourcen eine enorme Bedeutung für die biomedizinische Forschung, da sie u. a. mögliche Komponenten in sich tragen, die von höchstem Interesse für die Entwicklung neuer biomedizinischer und pharmazeutischer Produkte sind. Wir können heute und in Zukunft auf keine Art verzichten, da jede einzelne auch für die Erhaltung der Menschheit essenziell werden kann.

Derzeit sind wir Zeugen eines der größten Artensterben der Zeitgeschichte. Amphibien nehmen wegen ihrer starken Gefährdung diesbezüglich aktuell eine herausragende Stellung ein. Mehr als 32% aller beschriebenen Amphibienarten sind laut IUCN dem Aussterben nahe. Ursache hierfür ist neben dem Verlust der natürlichen Lebensräume durch anthropogenen Aktivitäten die rasche Ausbreitung der Chytridiomycose, einer für Amphibien tödlichen Hautpilzerkrankung. Hier besteht somit akuter Handlungsbedarf, wobei die IUCN diesbezüglich 2007 ihren Handlungsplan veröffentlichte, in dem auch Biomaterialbanken eine tragende Rolle zugewiesen wird. Aus biomedizinischer Sicht konnten zudem bereits verschiedenste Derivate aus Organen von Fröschen isoliert werden, die zur Behandlung human-pathogener Viren und sogar Krebs Anwendung finden könnten. Hierdurch wird die Notwendigkeit der Erhaltung solch wertvoller biologischer Information deutlich. Die Isolation und Kryokonservierung von primären Zellen und auch Keimzellen von Amphibien ist jedoch heute noch größtenteils eine wissenschaftliche Hürde. Deshalb organisierte das Fraunhofer IBMT zusammen mit der Zoologischen Gesellschaft Londons (ZSL) und in Kooperation mit dem Weltverband Zoologischer Gärten und Aquarien (WAZA), dem Europäischen Verband Zoologischer Gärten und Aquarien (EAZA), dem Europäischen Xenopus Ressourcen Zentrum (EXRC), der Amphibien Ark (IUCN/WAZA) und der Zoologischen Gesellschaft Nord-Englands (NEZS) einen internationalen Workshop zum Thema »Towards a BioBanking Strategy for Amphibian Conservation«, der vom 06.-08. September 2010 in London stattfand.

Der Name der Zellsammlung »Cryo-Brehm« geht zurück auf den Zoologen und Autor der ersten zoologischen Enzyklopädie »Brehms Thierleben«. Wie Alfred E. Brehm (1829-1884) vor mehr als 100 Jahren das biologische Wissen seiner Zeit in einem umfassenden Werk zusammenzufassen suchte, so zielt der »Cryo-Brehm« heute darauf ab, diese Idee durch die Dokumentation lebender Zellen weiterzuführen und so eine moderne »Enzyklopädie« der biologischen Informationen zu etablieren. In dieser Biomaterialbank werden in Kooperation mit Zoologischen Gärten der Bundesrepublik erst kurz nach dem klinischen Tod von Tieren Gewebeproben entnommen und adulte Stamm-/ Vorläuferzellen sowie andere somatische Zelltypen mittels standardisierter Protokolle aus der Haut, dem Pankreas und anderen glandulären Geweben oder aus Plazentagewebe isoliert und in stabile Laborkulturen überführt. Kein lebendes Tier wird somit für diese Zellgewinnung getötet oder ihm auch nur eine Gewebeprobe entnommen. Die isolierten Zellen werden anschließend in zwei separaten und technologisch einzigartigen Biobanken an den beiden Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft gelagert. Dies gewährleistet eine derzeit nicht zu übertreffende Qualität der Proben und deren Sicherheit über Dekaden, eingebettet in automatisch operierende Biogroßbanken der Fraunhofer-Forschungsgesellschaft. Die Proben können für Ihre Anwendung in Erhaltungsmaßnahmen und der damit assoziierten Forschung, zur Grundlagenforschung, zum ökologischen Monitoring, zur Untersuchung von Wildtierkrankheiten, für Untersuchungen zur Evolution von human-pathogenen Krankheiten und zum generellen Wohle von Tier und Mensch genutzt werden. Eine Kernsammlung, die repräsentative Proben der gesammelten Arten enthält, bleibt jedoch für die Nachwelt unberührt. Somit hilft der »Cryo-Brehm« als Konsortiumsmitglied der »Frozen Ark« und in Kooperation mit einer Vielzahl internationaler Institutionen, biologische Materialien gefährdeter Tierarten zu sichern, bevor diese aussterben. Zudem hält er für Generationen die Möglichkeit offen, ausgestorbene Arten zu reinstallieren, wozu allerdings noch eine Vielzahl bisher ungeklärter ethischer, juristischer und biologischer Fragen erörtert, geklärt und international geregelt werden müssten.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Günter R. Fuhr
Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT
Ensheimer Straße 48
66386 St. Ingbert
Telefon: +49 (0) 6894/980-100
Fax: +49 (0) 6894/980-110
E-Mail: guenter.fuhr@ibmt.fraunhofer.de
Prof. Dr. Charli Kruse
Fraunhofer-Einrichtung für Marine Biotechnologie EMB
Paul-Ehrlich-Straße 1-3
23562 Lübeck
Telefon: +49 (0) 451/384448-10
Fax: +49 (0) 451/384448-12
E-Mail: charli.kruse@emb.fraunhofer.de