Dove, A. D. M. (2012): Metabolomics Has Great Potential for Clinical and Nutritional Care and Research with Exotic Animals. – Zoo Biology 32(3): 246-250.

Metabolomik hat ein bedeutendes Potential für die klinische Versorgung und die Ernährung sowie die Erforschung von exotischen Tieren.

DOI: 10.1002/ZOO.21024 ➚

Dieser Essay erörtert das Potential der Metabolomik für die Erforschung exotischer Tiere unter den Bedingungen der Zootierhaltung. Metabolomik bezieht sich auf analytische Techniken, die darauf abzielen, die Erarbeitung eines holistischen Verständnisses über den tierischen Metabolismus (Stoffwechsel) zu ermöglichen, ohne Vorkenntnisse über die zu analysierenden Bestandteile. Die damit erarbeiteten so genannten „Metabolischen Fingerabdrücke“ (metabolic fingerprints, MF) können dazu verwendet werden, den normalen Metabolismus für bislang daraufhin nicht untersuchte Spezies oder gänzlich unbekannte Spezies zu ermitteln. Ferner können die MF dazu dienen, über die Zeit krankheitsbedingte Abweichungen festzustellen und so genannte Biomarker (biologische Signalsubstanzen) zu ermitteln, die krankheitsbedingte Abweichungen von der Norm besonders zuverlässig oder sehr früh anzeigen, und sie würden natürlich die metabolischen Auswirkungen einer Behandlung (Medikamente) sowie die Wirkung ernährungsphysiologischer Interventionen (Nahrungsverbesserung oder Ergänzung) anzeigen. Zwei Untersuchungsmethoden werden hier hauptsächlich eingesetzt, die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR, nuclear magnetic resonance) und die Massenspektroskopie (MS), die beide eine Fülle an komplementären biologischen Daten liefern. Methoden, die den Metabolismus (Stoffwechsel) entschlüsseln, bieten Forschern, Klinikern und Ernährungsphysiologen, die exotische und aquatische Tiere betreuen, in angemessener Zeit eine Vielzahl hervorragender Daten, und das wesentliche dabei ist, dass man verhältnismäßig wenig Vorkenntnisse über den Metabolismus der zu analysierenden Tiere benötigt. Letzteres (Mangel an Kenntnissen) ist ja gerade bei Zootieren recht häufig.

Kommentar von H.-J. Bidmon

Sie werden sich jetzt sicher fragen, was dieses Abstract auf einer Schildkrötenplattform soll. Denn was sollen Hobbyterrarianer mit Kernspintomographen und Massenspektrometern? Nun dieses Jahr ist es mir etwas schwerer gefallen, aus allem, was da an Wissenschaftlichem über Reptilien und Schildkröten im Speziellen erarbeitet wurde, etwas herauszufinden, was im Hinblick auf den Jahresabschluss etwas herausragt und themenübergreifend ist. Denn wir wollen ja den oftmals notwendigen Blick über den Tellerrand hinaus nicht ganz außer Acht lassen und für alle, die noch mehr wissen wollen, was zwischen abschmelzendem Polareis und der Entdeckung des kleinsten Reptils der Erde auf Madagaskar passiert ist, empfehle ich: 366 Days – Images of the year (Nature 492: 330-31). Da gibt es zwar den interessanten Rückblick mit anschließender Zukunftsperspektive des Herpetologen Hobart M. Smith zu seinem 100. Geburtstag, aber bei genauer Betrachtung bezieht sich das auch nur auf die Feldherpetologie und die Bedeutung der Kladistik (Taxonomie). Dann gab es noch die Erörterung der Bedeutung paläobiologischer und historischer Daten für die Erhaltungsbiologie von Rick & Lockwood (2012), eine – wie ich finde – sehr wichtige Betrachtung, aber auch das Thema haben wir schon öfters in der Vergangenheit angesprochen (siehe Saenz-Arroyo et al. 2006, Gerlach 2008, Sulloway 2009) und auch die von Lo et al. (2012) erarbeitete Erkenntnis, dass eine in Aussicht gestellte soziale Anerkennung eine wesentliche persönliche Triebfeder für Artenschutzengagement ist, zeigt zwar, dass Artenschützer als Menschen ähnlich „ticken“ wie Tierhalter bzw. Verbraucher, denn auch hier ist oft ein gewisses Maß an sozialem Status mit dem Seltenheitswert des Pfleglings oder der Jagdtrophäe assoziiert, aber auch das wollte ich dann nicht für den Jahreswechsel auswählen und last but not least ist die kritische Betrachtung des Online Tierhandels in Bezug zur Faunenverfälschung von Kikillus et al. (2012) zwar eine neue Sichtweise auf die weltweite Rotwangen-Schmuckschildkröten-Problematik, aber auch nicht wirklich so gewichtig, dass sie gerade für einen zukunftsweisenden Jahresrückblick reicht.
Alistair Dove ist uns Schildkrötenfans zwar weniger bekannt, da er am Georgia Aquarium in Atlanta tätig ist und die Methoden erfolgreich bei Fischen einsetzt (Dove et al. 2012), aber auch für Schildkröten ist die Methodik in vereinfachter Form schon in Bezug zum Umweltschutz eingesetzt worden z. B. wenn es darum ging, die Anreicherung von Umweltgiften wie PCB oder Quecksilber in Sumpfschildkröten nachzuweisen.
Was ist nun das Besondere an der obigen Arbeit für uns Schildkrötenpfleger? Klären wir erst einmal den Begriff Metabolomik oder einfacher ausgedrückt „Stoffwechsel“ ab. Stoffwechsel bedeutet ja die Umwandlung (Verdauung, Aufnahme und Verwertung) von Nahrung im weitestgehenden Sinne zur Energiegewinnung und zum Aufbau (Wachstum, Reproduktion) körpereigener Stoffe, wobei Metabolomik sehr weit gefasst ist, denn zum Ausgangsprodukt für die Ernährung gehört ja nicht nur das, was man isst, sondern auch zum Beispiel die Luft, die man atmet, da deren Sauerstoffgehalt für den oxidativen Stoffwechsel gebraucht wird und über Atemgase auch Schadstoffe in den Körper gelangen können. Gerade bei wechselwarmen Tieren wie unseren Schildkröten hat natürlich auch die Temperatur und in ariden (trocknen) Gebieten auch insbesondere die Feuchtigkeit einschließlich der Luftfeuchte einen wesentlichen Einfluss auf den Stoffwechsel (siehe zur Übersicht Bidmon 2009, 2010), wodurch ja auch die uns bekannten Ruhephasen wie Hibernation und Aestivation mit ihren besonderen Stoffwechselanpassungen mitbestimmt werden. Ja und letztendlich auch die Darmflora, der man heute zumindest in der Humanmedizin schon ein eigenes Metabolom zuschreibt (Nanau & Neuman 2012). Der Begriff Metabolomik wurde dabei früher schon verwendet und bezog sich meist auf den Nachweis von Stoffwechselprodukten im Harn oder im Blut von erkrankten Patienten, deren Analyse für die Diagnose von Erkrankungen von Bedeutung sind. Allerdings geht die heutige Metabolomik weiter (holistisch, komplementärer Methodenansatz), denn sie kann mit bildgebenden Verfahren z. B. das Wachstum (bspw. auch Pyramidenbildung) in Abhängigkeit zum Futter, der Temperatur und der Wachstumsgeschwindigkeit untersuchen und gleichzeitig mit dem massenspektrometrischen Verfahren die Stoffwechselmetaboliten in Harn, Kot, Blut und eventuell bei besonderen Fragestellungen oder Erkrankungen in Biopsieproben von Carapax, Leber, Lunge, Köperflüssigkeit, Dotter, Sperma etc. untersuchen, und auch dabei wird z. B. im Kot das Metabolom der normalen oder pathologisch veränderten Darmflora und dessen eventuelle Auswirkungen auf den Gesamtorganismus mitbestimmt. Gerade diese komplementäre Vielfältigkeit ist hierbei der zukunftsweisende Vorteil. Sicher wird jetzt mancher fragen, was nützen uns diese Daten ohne Referenzwerte, ohne die wissen wir ja gar nicht, was pathologisch verändert ist? Aber genau das ist hier der Vorteil, wenn man die Methode richtig einsetzt, und damit meint Dove ja auch, dass sie ohne zu viele Vorkenntnisse einsetzbar ist. Der springende Punkt ist dabei die so genannte Eingangsuntersuchung, denn wenn man zum Beispiel das Metabolom eines gesunden Wildfangs untersucht, hat man eine Vielzahl an Daten, die man in den meisten Fällen erst einmal gar nicht einer bestimmten Substanz zuordnen kann, denn das kann man nur, wofür man spektroskopische Referenzwerte hat. Dennoch hat man erst einmal alle Substanzen erfasst und kann sie in einer Art Strichcode festhalten (Das ist so wie der Strichcode, der anhand genomischer Untersuchungen der Taxonomen (Genomik oder Proteinsequenzanalysen, Proteomik), die auch so manche Cuora spec. nicht erkennen können, ohne den passenden Barcode zu haben Spinks et al. 2012). Nimmt man nun das Tier in die Tierhaltung auf, kann man routinemäßig Wachstum, Kot und Harn untersuchen, um zu schauen, was sich in Anbetracht der Haltungsbedingungen später verändert. Bleibt alles im Lot, hat man ein Maß für eine optimale Haltung einschließlich Fütterung etc. Verändert sich das Metabolom nur komponentenweise, findet man bspw. plötzlich in Kot und Harn Veränderungen, im normalen Wachstum und Energieumsatz jedoch nicht, hat man auch hier ein Maß für eine zwar veränderte, artifizielle, aber noch optimale Haltung, da sich die Veränderungen sehr wahrscheinlich nur dadurch einstellten, weil andere Pflanzen oder Futtertiere verfüttert werden, die aber genauso verstoffwechselt werden können, oder mit der Futterumstellung kam es einfach zu tolerierbaren Änderungen der Darmflora. Sieht man jedoch, dass zum Beispiel Wachstumsveränderungen mit einer Veränderung der Stoffwechselprodukte im Kot, Harn etc. einhergehen, erkennt man diese Veränderungen klar und kann nun versuchen, die Haltungsbedingungen einschließlich Nahrung, Temperatur und Luftfeuchte so zu verändern, dass der Metabolomstrichcode sich wieder jenem annähert, den man zu Beginn bei der Eingangsdiagnostik erfasst hat. Das besondere daran ist, dass man bei dieser Methode auch die Veränderungen für bislang unbekannte Substanzen als Veränderung im Strichcode angezeigt bekommt. Da z. B. die meisten essentiellen Vitamine bekannt sind, würde man also sehen, wann z. B. bei einem Schlüpfling der Vorrat für ein bestimmtes Vitamin, das noch aus dem Dottervorrat der Mutter (Ei) stammte, zu Ende geht und könnte es bei auftretenden Mangelerscheinungen gezielt ersetzen (siehe Frye 1979). Im anderen Fall würde man aber auch bemerken, wenn alle Vitamine in unveränderter Form vorhanden wären, aber sich eine bis dato noch unbekannte Substanz verändert, und in einem solchen Fall würde man sofort wissen, dass die so oft von Tierärzten gesetzte Vitaminspritze sinnlos wäre und es vielleicht nur einer Luftfeuchte- und Temperaturveränderung bedürfte, um den Stoffwechsel zu normalisieren und die pathologische Symptomatik wie z. B. Durchfall zu beheben. Auch der Anteil tierischer bzw. pflanzlicher Kost bei herbivoren bzw. karnivoren Arten wäre klar detektierbar (Ficetola & De Bernardi 2006, Ayres et al. 2010). Dass sich solche Methoden nicht nur in der für den Menschen so häufig angepriesenen Individuum basierten Medizin bewährt haben, sondern auch bei wenig wissenschaftlich untersuchten Tieren, zeigen einige Arbeiten des Autors (bspw. Dove et al. 2012).
Nun werden Sie zu recht sagen, schön, aber für uns als Tierhalter nicht realisierbar! Ich denke das ist falsch! Denn wir sind es, die einen Beitrag zur gesellschaftlichen Meinungsbildung leisten müssten und klarstellen sollten, dass sowohl aus Tierschutzinteresse als auch im Interesse einer verantwortungsvollen Haltung und veterinärmedizinischen Versorgung sich solche Methoden zumindest an Unikliniken und Untersuchungsämtern etablieren und zwar nicht nur für teuere Dressur- und Rennpferde oder Rassehunde, sondern auch für bedrohte und geschützte Arten in Tierhaltungen. Es sind doch die Halter, die sich in Foren über diese Unzulänglichkeiten aufregen, oder solche Geschichten wie die der Spornschildkrötenschlüpflinge (siehe Köhler 2012), die dadurch vermeidbar wären. Ja und die Daten, die diese holistischen Methoden liefern, wären letztendlich auch dazu geeignet, private und professionell-veterinärmedizinische Fehleinschätzungen in Bezug auf die Behandlung und Vorgehensweise bei „exotischen“ oder besser wechselwarmen Tieren zu vermeiden, die ja für die meisten „Neuland“ darstellen, da es nur an den wenigsten Veterinärmedizinischen Hochschulen entsprechende Ausbildungsmodule für diese Tiergruppen gibt. Letztendlich wäre das auch ein entscheidender Beitrag zur Biodiversitätserhaltung, zumindest für alle diejenigen, die in der gezielten Erhaltungszucht eine wesentliche Erhaltungsmaßnahme sehen und ihr Tun damit sowohl gesellschaftlich als auch auf politischer Ebene zu rechtfertigen versuchen. Letztendlich würde der Vergleich des Metaboloms wildlebender Individuen einer Art mit dem von Tieren aus der Erhaltungszucht zeigen, welche Veränderungen in der Haltung und Ernährung man vornehmen müsste, um Tiere zu erhalten, die möglichst naturnah und damit für Wiederansiedlungsprojekte bestmöglich geeignet erhalten werden können. Sicher, das ist zumindest hierzulande wahrscheinlich noch Zukunftsmusik, aber ich denke, wie jeder medizinische Fortschritt fängt auch die Zoomedizin klein an und deshalb halte ich diese Vorgehensweise für einen wirklich zukunftsweisenden Weg.

In diesem Sinne Ihnen allen ein besinnliches frohes Weihnachtsfest und einen guten Rutsch in ein gesundes und interessantes Schildkrötenjahr 2013.

Literatur

Ayres, C., M. Calviño-Cancela & A. Cordero-Rivera (2010): Water Lilies, Nymphaea alba, in the Summer Diet of Emys orbicularis in Northwestern Spain: Use of Emergent Resources. – Chelonian Conservation and Biology 9(1): 128-131 oder Abstract-Archiv.

Bidmon, H.-J. (2009): Ernährungsgrundlagen und Darmpassagezeiten bei herbivoren Landschildkröten – oder wie selektierende Nahrungsgeneralisten auch unter extremen Bedingungen überleben: Eine Übersicht. – Schildkröten im Fokus 6(1): 3-26 ➚.

Bidmon, H.-J. (2010): Karnivore Schildkröten: Was ist ihr handelsübliches Futter eigentlich wert? Oder: Die Bedeutung des Darminhalts der Futtertiere. – Schildkröten im Fokus 7(1): 3-18 ➚.

Dove, A. D. M., J. Leisen, M. Zhou, J. J. Byrne, K. Lim-Hing, H. D. Webb, L. Gelbaum, M. R. Viant, J. Kubanek & F. M. Fernandez (2012): Biomarkers of whale shark health: A metabolomic approach. – PLoS One 7 (11): e49379.

Ficetola, G. F. & F. De Bernardi (2006): Is the European „pond“ turtle Emys orbicularis strictly aquatic and carnivorous? – Amphibia-Reptilia 27(3): 445-447 oder Abstract-Archiv.

Frye, F. L. (1979): Reptile medicine and husbandry. – Veterinary Clinics of North America: Small Animal Practice 9: 415-428.

Gerlach, J. (2008): Fragmentation and demography as causes of population decline in Seychelles freshwater turtles (Genus Pelusios). – Chelonian Conservation and Biology 7(1): 78-87 oder Abstract-Archiv.

Kikillus, K. H., K. M. Hare & S. Hartley (2012): Online trading tools as a method of estimating propagule pressure via the pet-release pathway. – Biological Invasions 14: 2657-2664 oder Abstract-Archiv.

Köhler, H. (2012): Außergewöhnlich negative Erfahrungen mit Spornschildkröten-Schlüpflingen, 1. Teil. – Online: http://schildi-online.eu/index.php ➚, zitiert am 20.12.2012.

Lo, A. Y., A. T. Chow & S. M. Cheung (2012): Significance of Perceived Social Expectation and Implications to Conservation Education: Turtle Conservation as a Case Study. – Environmental Management 50: 900-913 oder Abstract-Archiv.

Nanau, R. M. & M. G. Neuman (2012): Metabolome and inflammasome in inflammatory bowel disease. – Translational Research 160: 1-28.

Rick, T. C. & R. Lockwood (2012): Integrating Paleobiology, Archeology, and History to Inform Biological Conservation. – Conservation Biology 27(1): 45-54 oder Abstract-Archiv.

Saenz-Arroyo, A., C. M. Roberts, J. Torre, M. Carino-Olvera & J. P. Hawkins (2006): The value of evidence about past abundance: marine fauna of the Gulf of California through the eyes of 16th to 19th century travellers. – Fish and Fisheries 7(2): 128-146 oder Abstract-Archiv.

Smith, H. M. (2012): Some notes on the last hundred years and the next stages in the evolution of herpetology. – Herpetological Conservation and Biology 7(2): xi–xiv.

Spinks, P. Q., R. C. Thomson, Y. P. Zhang, J. Che, Y. Wu & H. B. Shaffer (2012): Species boundaries and phylogenetic relationships in the critically endangered Asian box turtle genus Cuora. – Molecular Phylogenetics and Evolution 63(3): 656-667 oder Abstract-Archiv.

Sulloway, F. J. (2009): Tantalizing tortoises and the Darwin-Galapagos Legend. – Journal of the History of Biology 42(1): 3-31 oder Abstract-Archiv.