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Genetik (Subject) / Hölker Teil (Lesson)

Lernen, lernen popernen!

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  • Samengewinnung Häufig mit Hilfe eines "Phantoms" für den Bullen, aber auch bei "echtem" Besteigen. Dann Auffangen des Spermas mit Collection tube.
  • Physiologische Spermaparameter Volumen: 2 - 10 mlFarbe: weiß/gelblichKonsistenz: milchig-rahmigpH: 6,2 - 6,8Konz.: 0,5 - 2,2 * 109/mlVorwärtsbewegliche: 70 - 80 %Spermienanomalien: max. 20 %
  • Spermabeurteilung Volumen Dichte / Konzentration ( Nucleo Counter ) Motilität ( Fähigkeit zur aktiven Bewegung ) Morphologie
  • Samenkonfektionierung 15-20 Mio Spermien pro Straw (0,25 ml)500-1000 Straws pro Sprung Lagerung der Straws in flüssigem Stickstoff (-196 °C)
  • Arbeitsschritte der künstlichen Besamung Brunstbeobachtung der Kuh ; optimalen Besamungszeitpunkt abwarten Auftauen einer Samenportion- Auftauen erst kurz vor Sameneinführung- 37-40°C für 30 s- Sorgfältiges Abtrocknen der Spermaportion Spermaportion in Besamungspipette einlegen Sorgfältige, uterine Einführung des Spermas mit steriler Pipette unter rektaler Kontrolle
  • Hygiene Vorteile bei künstlicher Besamung - Infektionsrisiko von außen sinkt, da kein Vatertierzukauf- Keine Krankheitsübertragung beim Deckakt- Geschlechtsgesundheit der Herde steigt
  • Ökonomische und Logistische Vorteile der künstlichen Besamung - Senkung der Kosten (Vatertierhaltung, Arbeitszeit)- Spermaproduktion auf Vorrat- Sperma-Handel ersetzt Zuchttierhandel- Individuelle Anpaarungen über regionale Entfernungen- Vielfach erhöhte Vermehrung von wertvollen Vatertieren- Erhöhung Selektionsdruck bei Vatertieren
  • Züchterische Vorteile  -  Breite Streuung der Vatertiere in Zuchtherden - Kurzer Basiseinsatz der Vatertiere - Große Datenmenge für gezielte Zuchtarbeit - Umsetzung schnellen Zuchtforschritts
  • Problematik der Brunstbeobachtung - Äußerst wichtig, da die Kuh zwischen Ende der Hauptbrunst und Nachbrunst höchsten Besamungserfolg verspricht - Befruchtunsrate nach ca. 18 Stunden am höchsten (fast 80%) - viele Hochleistungskühe zeigen Iíhre Hauptbrunst nur für ca 6-8 Stunden (>30%) - viele Kühe zeigen dien Anzeichen der Hauptbrunst in den Abendstunden (>50%) --> viele Brunsten werden übersehen
  • Brunstbeobachtung: Verbesserungsmöglichkeiten - Brunstsynchronisation mit Prostaglandin F2α (PGF2α):  Beendigung des hohen Progesteronspiegels: in den nächsten 3-4 Tagen Brunst der Rinder - Brunstsynchronisation mit Gestagenen: Verlängerung hoher Progesteronspiegel ( durch Zugabe von Progesteron über PRID-Spirale oder Applikator ) - hohe LH und FSH-Werte als Vorzeichen der Brunst - Progesterongehalt während der Brunst stark ansteigend ( kontrolliert die Zykluslänge durch Unterdrückung von der Ovulation )
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  • Terminorientierte Besamung (ohne Brunstkontrolle) [Vorteile+Nachteile] Vorteile: keine Brunstbeobachtung erforderlich Daher Brunstnutzungsrate (100%) Nachteile: Konzeptionsraten bei Besamung etwas schlechter als bei Künstlicher Besamung nach spontaner Brunst (35% zu 45%)
  • Züchterische Limitierung der Fortpflanzung -  >200,000 Eizellen auf den Ovarien bei der Geburt- Nur eine Eizelle ovuliert pro Zyklus (17 Zyklen pro Jahr)- Nur ~ ein Kalb pro Jahr
  • Teilschritte des MOET ( Multiple Ovulation Embryo Transfer ) - Synchronisation der Spender und Empfänger- Superovulation der Spender- Besamung der Spender- Embryonenspülung der Spender- Embryotransfer auf Empfänger
  • Superovulation Prinzip: Vermeidung der Abnahme der FSH-Konzentration, da Abnahme der FSH-Konzentration zu Dominanzselektion führt 4 x 2 Injektionen (32 mg) ab Zyklustag 10 Kurze Halbwertszeit (wiederholte Injektionen) Keine Dominanzselektion
  • Embryonenspülung ( Daten/Zahlen) Anzahl Gelbkörper: 12.21 ± 1.28 Gespülte Embryonen: 7.04 ± 0.75 Spülrate (%): 57.6%Transfertaugliche Embryonen: 4.52 ± 0.53 Transfertaugliche Embryonen (%): 64.2%
  • Züchterische Vorteile von MOET - Bessere Nutzung genetisch wertvoller Kühe/ Rinder-Internationaler Transport von Genetik-Anpassung an klimatische Bedingungen-besserte Veterinärhygiene-Langzeitlagerung (Kryokonservierung)-Erhalt bedrohter Arten-Erstellung von Zwillingen
  • Eizellgewinnung aus Schlachthofovarien Vorteile Schlachthofmaterial unkomplizierter Zugriff hohe Verfügbarkeit große Versuchsgruppen aber… anonym, kein genetischer Wert undefiniertes Material
  • Eizellgewinnung per Ovum Pick Up Verbringen des Tieres in einen ZwangsstandManuelles Ausräumen des MastdarmesGründliche Reinigung des Perineums und der VulvaIntravaginales Einführen des PunktionsgerätesTransrektale Fixierung eines OvarsOvar sollte vor dem SchallkopfEntnahme per Punktion Ablauf: Sondenträger wird eingeführt und Eizellen werden mit Punktionskanüle entnommen.Follikel werden aus dem Eierstock entnommen.
  • Eizellengewinnung per Ovum Pick Up: Vorteile/Nachteile VorteileHerkunft und Genetik bekanntMultiplikation hochwertiger Genetik Nachteilegeringe Gesamtanzahl an Eizellen/KOKs
  • In Vitro-Kultur: Bedingungen an das Kulturmedium Osmolarität 270 - 290 mOsmph-Wert Bikarbonat (ph 7,2 - 7,4)Energiequelle:Glucose, Laktat, PyruvatProteinquelle Serum 5 - 10 %BSA 0,1 - 0,4 mg/mlWachstumsfaktoren Insulin, EGFVitamine Aminosäuren
  • Kultivierung der Embryonen  Zusatz von Serum (enthält Wachstumsfaktoren, Proteine, Fettsäuren) Zusatz von BSA (Bovines Serum Albumin, enthält Proteine, Fettsäuren) Zusatz von BSA fatty acid free (enthält Proteine)
  • In Vitro Produktion von Rinderembryonen ( Vor+Nachteile) Vorteilekeine Hormonbehandlung notwendigVerwendung von gesextem Sperma in der IVF NachteileUnterschiede zu in vivo erzeugten Embryonen (suboptimale Kulturbedingungen)niedrigere Trächtigkeitsratenreduzierte GefriertauglichkeitLarge Offspring Syndrome (LOS)
  • Sperma Sexing - notwenig geworden durch den Bedarf einer Geschlechtskontrolle - Geschlechtschromosom des Spermiums bestimmt das Geschlecht - der relative DNA Gehalt der X- und Y-Chromosomen ist stark schwankend - durch Laser wird Fluoreszenzgehalt und damit unterschiedlicher DNA-Gehalt erkannt. - Sortierung des Spermas nach X und Y durch Fluoreszenz-Zellsorter
  • Kryokonservierung von Embryonen - Slow Freezing, Kontrolliertes Auftauverfahren- Slow Freezing, One-step-Verfahren- Vitrifikation ( sehr schnelles Gefrieren)
  • Anwendungsbeispiele der Kryokonservierung - Anlage von Embryonenbanken zur Erhaltung bedrohter Rassen (Erhaltung der genetischen Vielfalt bei Nutztieren)- Reduzierung des Hauptkostenfaktors beim Et ( Embryonaler Transfer) (Haltung großer Empfängerherden)- Vereinfachungen für den In- und Export wertvollen Zuchtmaterials
  • Arbeitsschritte beim Klonen durch Kerntransfer - Anlegen einer Zellkultur- In vitro Maturation (Reifung) der Eizelle- Enukleation (Entfernen) der Eizelle- Transfer eines diploid Zellkerns in einechromosomenfreie Eizelle- Fusion von entkernter Eizelle und Spenderzelle
  • Erfolgsraten beim somatischen Klonen Effizienz Donorzellen:- embryonale Zellen (Stammzellen) > fetale Zellen > adulte Zellen --> Embryonale Zellen:- Höhere Entwicklungsraten- Zellzahl eventuell begrenzt (Blastomeren)- Leistung des Tieres, im Gegensatz zu adulten Zellen, noch nicht bekannt--> Adulte Zellen:- Geringere Entwicklungsraten- Zellzahl unbegrenzt (Wachstum in Zellkultur)- Leistung des Tieres, im Gegensatz zu embryonalen und fetalen Zellen,schon bekannt.
  • Welche Möglichkeiten bietet somatisches Klonen? 􀂃 Anwendungsbereiche in der Tierzucht (Rind)􀂃 Erhaltung bedrohter Rassen (alle)􀂃 Anwendungen in der Grundlagenforschung (alle)􀂃 Krankheitsmodelle (Schwein, Maus, Ratte, Frettchen) -Versicherung ( Schutz des Investments) -Ersatz aus Altergründen - Klone damit mehr Tiere mehr Eizellen produzieren
  • Probleme bei der Anwendung des Klonens Sehr zeitaufwendig􀂃 Hohe Ineffizienz (Verfahrensbedingt ~1%)􀂃 Variable Effizienzen (Zelllinien spezifisch)􀂃 „Large offspring syndrome„ Problem größer als bei IVP􀂃 Verlust an genetischer Variabilität
  • Def.: Stammzellen + Stammzelltypen - Fähighigkeit zur Selbstregeneration- Fähigkeit zur Differenzierung in verschiedene somatischeZellen (Potenz abhängig) Stammzelltypen: pluripotent: - Stammzellen, Stem Cells (Inner cell mass) ES- Keimzellen, Germ Cells EG- Krebszellen, Carcinoma EC Fetale: multipotent: Nabelstrang, Plazenta, Fruchtwasser
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  • Adulte Stammzellen (multi/ unipotent) 􀂃 Knochenmark (hämatopoetisch)􀂃 Gewebe: Haut, Muskel, Fett, Darm, Leber􀂃 Endotheliale Vorläuferzellen
  • Einschränkung der autologen Stammzellentransplantation: Variante SCNT ( Somatischer Zellkerntransfer) 􀂃 Humane Blastozysten müssten „geopfert“ werden􀂃 Ethisches Problem􀂃 Embryonenschutzgesetz
  • Def.: Pluripotent vs. Multipotent Multipotent (von lateinisch multus „viel“ und lat. potentia „Vermögen, Kraft“) nennt man Stammzellen, die sich zu verschiedenen Zelltypen einer bestimmten Linie entwickeln können. Im Gegensatz zu den pluripotenten Stammzellen sind sie aber nicht mehr in der Lage, sich zu nahezu jeder Körperzelle zu entwickeln.
  • Was sind iPS Zellen? induzierte pluripotente Stammzellen
  • Def.: Transgene Tiere Transgene Tiere sind genetisch modifizierte Tiere die Fremd-DNS in ihr Genom integriert haben
  • Wozu transgene Tiere? - Züchterische Verbesserung der Nutztiere- Nutzung von Tieren als Bioreaktoren- Medizinische Forschung/ Krankheitsmodelle- Grundlagenforschung
  • Techniken zur Erstellung transgener Tier - Retroviraler Gentransfer- Vorkern-Injektion- Stammzell-Injektion- Kerntransfer
  • Beschränkungen des retroviralen Gentransfers - Vektorsequenzen müssen kleiner als 8 kb sein- keine gezielte Integration (zufällig)- vielfache Integrationen (oft > 300)- Nur Knock-In, kein Knock-Out ( Nur Zugabe von Genen)- Retrovirale Kontamination des transgenen Tieres
  • Vorkern-Injektion Bei der befruchteten Eizelle gibt es eine Mikroinjektion in den männlichen Vorkern.
  • Beschränkungen der Vorkern-Injektion - keine gezielte Integration (zufällig)- eventuell Mehrfachintegrationen- nur Knock-In, Kein Knock-Out- geringe Effizienz (1-3%)

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