Biochemische Regulation der Spermienfunktion der Fische

Die Spermien von Fischen (Teleosteern) haben unter biotechnologischen Aspekten große Bedeutung. Sie spielen eine Schlüsselrolle für die künstliche Befruchtung, die in der Aquakultur und für Besatzmaßnahmen wichtig ist. Spermien werden nach Gefrierkonservierung zur Anlage von Genbanken verwendet und dienen in weiterer Folge zur Erhaltung der Biodiversität. Eine weitere Bedeutung haben Spermien als Modelle für toxikologische Tests und Fragestellungen, da sie sensitiv auf verschiedene Umweltgifte reagieren. Die Arbeiten mit Fischspermien gestalten sich jedoch als schwierig, da deren Motilität und Fertilität sehr kurz sind und auch die Lagerung von nicht aktiviertem, unbeweglichem Samen auf 1 bis 2 Stunden begrenzt ist. Zur Verbesserung der beschriebenen Biotechnologien ist eine gute Kenntnis der Samenbiologie notwendig. Jedoch sind die Kenntnisse über die Samenbiologie von Telosteern bisher unvollständig, insbesondere jene über biochemische Mechanismen, die die Funktion der Spermien beeinflussen. Dies wird im vorliegenden Projekt behandelt. Es wird untersucht, welchen Einfluss die einzelnen Komponenten der organischen Fraktion der Samenflüssigkeit auf die Physiologie und den Stoffwechsel der Spermien haben, da Voruntersuchungen einen starkpositiven Einfluss gezeigt haben. Weiters werden jene Metabolite und Stoffwechselwege in den Spermien untersucht, die limitierend auf den Gesamtstoffwechsel und damit auf die Motilität und die Vitalität wirken. Da über zwischenartliche Unterschiede in der Samenbiologie nur wenig bekannt ist, werden die Untersuchungen vergleichend an Vertretern der Salmonidae, Cyprinidae, und Sparidae durchgeführt. Basierend auf diesen Untersuchungen wird umfangreiches Grundlagenwissen zur Spermienbiologie der Teleosteer erlangt, das in der Biochemie und in der Zellbiologie große Bedeutung hat, da es die Kenntnisse über zellregulatorische Prozesse erweitert. Die Daten, die in diesem Projekt gewonnen werden, dienen als Grundlage für zukünftige Anwendungsmöglichkeiten in der Aquakultur, der Gefrierkonservierung und Anlage von Gendepots, und der Entwicklung von neuen toxikologischen Tests für aquatische Organismen.

Viele Fische haben eine äußere Befruchtung, wobei Spermien und Eier im Wasser zueinander Kontakt aufnehmen. Im Wasser können die Spermien aber nur für kurze Zeit überleben. Deshalb sind diese Zellen auch sehr einfach aufgebaut. Aufgrund des einfachen Bauplans ist es schwierig mit Fischspermien zu arbeiten: Auch unter optimalen Bedingungen ist ihre Lebensspanne kurz und beträgt nur einige Minuten bis Stunden je nach ihrem Aktivierungszustand. Spermien von Fischen haben aber unter biotechnologischen Gesichtspunkten große Bedeutung. Sie spielen in der Aquakultur bei der künstlichen Befruchtung eine Schlüsselrolle. Diese Methode erlangt aufgrund der Umweltverschmutzung, der Zerstörung von Ökosystemen und der Überfischung von Fischpopulationen eine immer größere Bedeutung. Aus den gerade angeführten Gründen bemüht man sich auch das genetische Material von gefährdeten Fischarten und Fischpopulationen zu konservieren (Gefrierkonservierung), um Gendepots anzulegen. Da Fischspermien sehr empfindlich auf Umweltgifte reagieren, können diese Zellen aber auch für ökotoxikologische Tests herangezogen werden. Für alle diese Methoden ist es aber notwendig, die Lebensfähigkeit und Befruchtungsfähigkeit von Fischspermien zu stabilisieren und zu verlängern. Diese Aufgabe setzte sich das durchgeführte Projekt zum Ziel. Es ist bekannt, dass die Samenflüssigkeit, in der sich die Spermien im Fisch befinden, die Überlebensfähigkeit der Spermien deutlich steigert. Deshalb wurde die Samenflüssigkeit analysiert und die Wirkung der unterschiedlichen Komponenten auf die Spermien untersucht. Jene Komponenten wurden definiert, die einen positiven Einfluss auf die Spermien haben. Werden diese Substanzen den bisher verwendeten Lagerungsflüssigkeiten zugegeben, kann eine künstliche Samenflüssigkeit hergestellt werden, in der die Überlebensfähigkeit und Fertilität der Spermien entscheidend verlängert werden kann.