Kort voor Pasen 2018 blies de neushoorn Sudan zijn laatste adem uit.
Hij was het laatste mannetje van de noordelijke witte neushoorn, maar vóór hij stierf, was er een noodplan in werking gesteld: biologen namen monsters af en stuurden die naar San Diego in Californië, waar ze de zoölogische vriezer in gingen.
Frozen Zoo in San Diego is maar een van de vele zoölogische vriezers vol zaad, eitjes, huid en andere cellen van schildpadden, pinguïns en andere bedreigde diersoorten.
Het is een soort ijzige ark van Noach, die de wetenschappers willen gebruiken om dieren te behouden of weer tot leven te wekken.
Zo willen ze de dieren laten herrijzen uit petrischalen in het laboratorium door cellen met nieuwe technieken te manipuleren.
Als dat lukt, zullen die technieken ooit mensen ten goede kunnen komen en helpen tegen ziekten die nu nog ongeneeslijk zijn.
Sudan, de laatste mannelijke noordelijke witte neushoorn, stierf in 2018. Zijn DNA is opgeslagen in zoölogische vriezers, en wetenschappers willen dat gebruiken om een nieuwe populatie van deze soort te creëren.
Leven sterft in sneltempo uit
We zitten midden in de zogenoemde zesde massasterfte.
Dieren en planten verdwijnen zo snel dat we 66 miljoen jaar terug in de tijd moeten om een soortgelijke ontwikkeling te vinden.
Toen trof een planetoïde de aarde en stierven de dinosauriërs uit, maar landbouw, vervuiling en stroperij vormen nu bij elkaar net zo’n grote bedreiging.
Dagelijks sterven 5 tot 55 dier- en plantensoorten uit, en dat tempo is zo hoog dat de helft van de soorten op aarde rond 2050 verdwenen kan zijn.
Een manier om een bedreigde diersoort te behouden is de habitat beschermen. Veel bedreigde dieren, zoals ’s werelds kleinste cavia in de Golf van Mexico en de Javaanse neushoorn in Indonesië, leven daarom in natuurreservaten.
Daarnaast wordt er veel gedaan om meer stropers achter slot en grendel te krijgen, illegale houtkap tegen te gaan en de CO2-uitstoot te beperken.
Dergelijke maatregelen volstaan echter niet voor soorten die er al zeer slecht aan toe zijn, zoals de noordelijke witte neushoorn.
Er zijn simpelweg te weinig dieren over om de soort in stand te kunnen houden. En hier komen de bevroren dierentuinen in beeld.
DNA-puzzel moet bedreigde diersoorten redden
De medewerkers van het Earth BioGenome Project willen het DNA van alle dieren en planten ter wereld onderzoeken.
Hier zie je hoe ver de biologen zijn met het in kaart brengen van het erfelijk materiaal van de vijf categorieën eencellige organismen, schimmels, bruinwieren, planten en dieren.
Als het DNA van een diersoort in kaart is gebracht, is het makkelijker om weer een populatie op te bouwen, want dan kun je soorten met overeenkomstig DNA als draagmoeder gebruiken, en inteelt voorkomen.
Zo hebben wetenschappers uit Oakland in de VS het DNA van drie bedreigde papegaaiensoorten in kaart gebracht. Met die kennis bouwen ze nu een populatie met een gezonde genetische variatie op.
De onderzoekers van het Earth BioGenome Project denken dat het zo’n 10 jaar zal duren om DNA-gegevens van alle dieren- en plantensoorten in een database te zetten.
Neushoorn uit de petrischaal
In de vriezers van Frozen Zoo in San Diego liggen weefselmonsters opgeslagen van meer dan 1000 diersoorten.
Zo ook van de schildpad Lonesome George, die in 2012 stierf, en met zijn DNA hopen onderzoekers de soort weer tot leven te kunnen wekken.
Bevroren dierenmonsters hebben hun waarde al bewezen.
In de jaren 1980 waren er nog maar 18 zwartvoetbunzingen over, maar in 2008 insemineerden onderzoekers een vrouwtje met het oude sperma om de soort nog een kans te geven.
Nu zijn er weer zo’n 300 zwartvoetbunzingen in het wild.
In frozen zoos kunnen onderzoekers ook eitjes buiten de baarmoeder bevruchten. Een toegediend hormoon bevordert eerst bij een vrouwtje de aanmaak van eitjes.
Na rijping worden die afgenomen met een holle naald, in een petrischaal geplaatst en vermengd met ontdooide zaadcellen. De foetus wordt bij een draagmoeder ingebracht.
Ondanks dit soort mogelijkheden vormt elke diersoort een nieuwe uitdaging, waarbij onderzoekers het erfelijk materiaal in kaart moeten brengen en de technieken moeten afstemmen op de voortplanting van de soort.
En dat is met de noordelijke witte neushoorn een hele klus: de laatste twee vrouwtjes zijn nakomelingen van Sudan, die het laatste mannetje was, dus inteelt ligt op de loer.
Dit jaar hebben de onderzoekers voor het eerst eitjes van de twee vrouwtjes bevrucht met bevroren zaad van Saut en Suni, mannetjes die stierven in 2006 en 2014.
Maar er zijn niet genoeg eitjes en zaad om een gezonde populatie met genoeg variatie in de genen in het leven te roepen.
Daarom werken wetenschappers hard aan nieuwe stamceltechnieken, zodat ze bijvoorbeeld bevroren huidcellen kunnen omzetten in ei- en zaadcellen.
Daarmee kunnen ze eitjes en zaad uit cellen van veel meer noordelijke witte neushoorns produceren.
Stamcellen laten dieren herrijzen
Virus herprogrammeert huidcellen tot stamcellen
Wetenschappers brengen een retrovirus aan in huidcellen. Dit virus bevat genen van stamcellen uit eitjes, die tot alle lichaamscellen kunnen uitgroeien.
Het virus vervangt genen in de huidcellen door zijn eigen genen, waardoor de huidcellen veranderen in pluripotente stamcellen.
Stamcellen worden eicellen met weefsel uit eierstokken
Met onder meer eiwitten en hormonen groeien de stamcellen uit tot primordiale geslachtscellen.
Dan voegen de onderzoekers weefsel van neushoorneierstokken toe, wat het proces meiose op gang brengt: de geslachtscellen delen zich tot te bevruchten eicellen.
Robotarm brengt bevruchte eitjes in bij draagmoeder
De eitjes worden bevrucht met zaad dat is ontdooid óf gemaakt met stamcellen en weefsel, net als de eitjes.
Een robotarm navigeert door de baarmoederhals en ‘schiet’ de foetus in de baarmoeder van een draagmoeder van de verwante zuidelijke witte neushoorn.
Muisje komt uit een muizenstaart
Met het herprogrammeren van cellen zijn al successen geboekt.
In 2009 transformeerden Chinese onderzoekers huidcellen van een muizenstaart in pluripotente stamcellen.
Die verschillen van weefselspecifieke stamcellen, die slechts bepaalde taken kunnen verrichten, doordat ze kunnen uitgroeien tot alle celtypen in het lichaam.
Huidcellen worden meestal in pluripotente stamcellen omgezet door er een zogeheten retrovirus aan toe te voegen.
Dit virus vervangt genen in de huidcellen door kopieën van zijn eigen genen. Zo worden de huidcellen gereset en kunnen ze zich ontwikkelen tot welke soort cel dan ook.
De Chinese onderzoekers lieten de pluripotente stamcellen uitgroeien tot embryonale stamcellen in een foetus.
Toen brachten ze de foetus bij een draagmoeder in, die ten slotte het muisje Tiny baarde: het eerste dier ooit uit pluripotente stamcellen.
De muis Tiny is geboren uit cellen van een muizenstaart. Die zijn eerst omgezet in foetuscellen, die groeiden in een foetus die bij een draagmoeder is ingebracht.
En nu is de beurt dus aan de noordelijke witte neushoorn, die alleen met bevroren huidcellen kan herrijzen.
De onderzoekers willen huidcellen omzetten in pluripotente stamcellen en er genen van eierstokken en zaad aan toevoegen, waarna de cellen zullen uitgroeien tot geslachtscellen en het proces meiose moeten doorlopen.
Daarbij delen ze zich in vieren en halveren ze hun aantal chromosomen van 46 tot 23. Wanneer een eicel dan wordt bevrucht door een zaadcel, hebben ze eerst elk 23 chromosomen, maar samen het natuurlijke aantal 46.
De onderzoekers verbeteren de techniek voortdurend. De nieuwste doorbraak kwam in 2018, toen geslachtscellen uitgroeiden tot oögonia, een voorstadium van eitjes.
Doordat het genoom van de noordelijke en zuidelijke witte neushoorn in kaart is gebracht, weten we dat de zuidelijke witte neushoorns draagmoeder kunnen zijn voor hun noordelijke verwanten – als het lukt om eicellen te ontwikkelen die kunnen worden bevrucht en tot foetussen uitgroeien.
Stamcellen helpen bij diabetes
Het onderzoek in de frozen zoos komt niet alleen duizenden diersoorten ten goede, maar kan ook ons mensen helpen.
Door herprogrammering van cellen zijn nieuwe behandelingen mogelijk, want een aantal ongeneeslijke ziekten wordt door gebrekkige cellen veroorzaakt.
Dit geldt ook voor diabetes, waarbij cellen geen insuline produceren.
Dus als pluripotente stamcellen zich als insuline producerende cellen leren gedragen, kunnen artsen ze ooit bij diabetici inbrengen en zo de ziekte genezen.
Het artikel kwam voor het eerst uit in 2019.