Verbesserte Knochenstabilität beim Geflügel

Als hoch verdauliche Proteinquelle haben Eier in großem Maß zu einer Verbesserung der Welternährung beigetragen. Im Zusammenhang mit einer nachhaltigeren Produktion bleibt der Anspruch an eine verbesserte Eiqualität sowie an eine Verlängerung der Produktionsperiode, auch wenn diesbezüglich Probleme mit der Knochenstabilität verbunden sein können.

Bones come in a variety of shapes and sizes and have a complex internal and external structure. The hard outer layer of bones is composed of cortical bone, also called compact bone. Filling the interior of the bone is the cancellous bone, also known as trabecular or spongy bone tissue. It has a more open structure and its spaces are filled with bone marrow and, in the case of laying hens, a form of bone called medullary bone. The cortical and cancellous bone types are the key components that give the skeleton its strength.

Osteoporosis

Der Markknochen fungiert als spezieller Calciumspeicher, der sich in Anlehnung an die tägliche Schalenbildung auf und ab reguliert.

Die knochenbildenden Zellen werden Osteoblasten genannt und sind während der Legephase in annähernd dauerhafter Bereitschaft um Markknochen aufzubauen. Des Weiteren gibt es Osteoklasten, welche dem Markknochen, sowie der Kompakta und der Spongiosa Calcium für den Aufbau der Eischale entziehen. Dieser Abbau ist mit einer Schwächung des Knochenskelets mit zunehmendem Alter der Hennen verbunden. Wie beim Menschen bezeichnet man diesen Prozess als Osteoporose, mit dem auch das Risiko für Knochenbrüche steigt.

Brustbeinschäden

Eine höhere Inzidenz für Brüche und Deformationen des Brustbeines in alternativen Haltungssystemen verstärken zudem die Problematik. Außerhalb des Käfigs sind die Hennen vermehrt den Gefahren verschiedener Arten von Kollisionen ausgesetzt. Die Häufigkeit von Brustbeinschäden in kommerziellen Herden variiert zwischen 20 % und 80 %. Eine Verbesserung der Knochengesundheit unter Berücksichtigung des Tierwohls von Legehennen ist aber nicht in Einklang zu bringen mit der Forderung nach noch preisgünstigeren Nahrungsmitteln!

Verbesserung der Knochenstabilität

“Unser Forschungsprojekt mit der LOHMANN TIERZUCHT konzentriert sich auf die Entwicklung neuer Ansätze zur Verbesserung der Knochenstabilität”, sagt Heather McCormack. “Mit der Folge, bei Erhaltung der Leistungsfähikeit ein erhöhtes Maß an Wohlergehen für die Hennen zu erzielen.” Dabei stützt sich das Forscherteam auf Hennen, die rückwirkend aus neun Generationen ausgewählt wurden. “Wir generierten zwei Gruppen von Hennen, welche sich in der Bruchfestigkeit der Schienenbeine (Tibia) unterscheiden. „Dabei konnten wir zeigen, dass die Knochenstruktur durch Selektion verbessert werden kann. Darüber hinaus hat eine Henne das genetische Potential, trotz einer hohen Anzahl an Eiern eine gute Knochengesundheit am Ende der Produktionsperiode aufzuweisen.” Die wichtigste Erkenntnis ist jedoch, dass die Verbesserung der Knochenstabilität mit einer Reduzierung der Knochenbrüche verbunden ist.”

Gene

Die nächste Aufgabe bestand darin, einen Quantitative Trait Loci (QTL) zu bestimmen. Dieses sind Bereiche auf der DNA, welche mit einzelnen Genen verlinkt sind, welche wiederum für die Ausprägung von Knochenmerkmalen verantwortlich sind. Ein entscheidender QTL wurde auf Chromosom 1 identifiziert, der unter anderem einen Einfluss auf die Schienenbeinstabilität hat. “Wir sind zuversichtlich, dass eine Selektion unter Berücksichtigung der Marker in dieser Region die Knochenstabilität verbessert”, sagt McCormack. “Neue, weiter entwickelte züchterischen Möglichkeiten erlauben es uns, diese informativen Regionen auf der DNA noch detaillierter zu betrachten. Dazu wurde eine Generation einer Leghornlinie genotypisiert und noch spezifischere DNA Marker für die Bruchfestigkeit des Schienenbeines herausgestellt. Nach McCormack gehen diese DNA Marker mit einer 10 % igen Verbesserung der Knochenstabilität sowie der Knochendichte einher.” Damit ermöglicht eine Implementierung dieser DNA Marker in das Zuchtprogramm von Legehennen eine Verbesserung der Knochenstabilität. „Die Mühe, welche in den letzten 20 Jahren in dieses Forschungsprojekt geflossen ist, hat uns in Lage versetzt Einfluss auf die Knochengesundheit und gleichzeitig das Wohlergehen der Hennen zu nehmen.“

Neues Projekt

Das Forscherteam ist nun bereit ein neues Projekt, welches durch das ANIHWA Programm der europäischen Union gefördert wird, in Angriff zu nehmen. McCormack: “In den nächsten drei Jahren werden wir mehrere ergänzende Ansätze zur Verbesserung der Knochenstabilität entwickeln und validieren.”

1) Unter Anwendung verfügbarer, großer Genotyp-Arrays sollen neue genetische Marker für die Knochenstabilität identifiziert werden.

Für die praktische Zuchtarbeit sollen diese neuen Marker dann auch für weitere Linien validiert werden.

2) Unter dem Stichwort ‘next-generation sequencing’ hat die Forschergruppe ein neues Gen identifiziert. “Wir glauben, dass dieses Gen für einen Teil der Variation in der Knochenstabilität verantwortlich ist“, sagt McCormack. Im Umkehrschluss heißt dies, es wurde ein neuer Stoffwechselmarker erforscht, der die Variation in der Knochenqualität beschreibt. „Eine frühe Messung dieses Stoffwechselmetaboliten kann die Knochenqualität am Ende des Produktionszyklusses vorhersagen.”

3) Letztendlich, soll dann auch noch die Ultraschalluntersuchung, welche beim Menschen so erfolgreich eingesetzt wird, zur Anwendung kommen. Erste Untersuchungen an Hühnerzehen zeigten eine vielversprechende genetische Beziehung zur Knochenqualität. Seither wurde an der Technik gefeilt, so dass in diesem Projekt die sogenannte ‚axiale Transmission‘ an der Oberfläche der Kompakta gemessen werden soll. Aus den Untersuchungen sollen dann Rückschlüsse auf die Stabilität des Brustbeines sowie des langen Röhrenknochens gezogen werden.

Stetige Umgestaltung

Die Möglichkeit der Erfassung von Knochenstabilitäten an der lebendigen Henne bringt einen großen Vorteil für die Verbesserung der Knochengesundheit mit sich

“Wir werden neue Möglichkeiten im Hinblick auf die züchterische Verbesserung der Knochengesundheit aufzeigen. Ferner lernen wir viel über die Biologie des Hühnerknochens sowie deren beeinflussende Faktoren. Der Knochen ist ein lebendes Gewebe, welches sich in Folge von Brüchen sowie bei kleinsten Beeinträchtigungen in der ‚normalen‘ Tagesaktivität stetig umformt und neu gestaltet“, erklärt McCormack. „Knochengewebe gestaltet sich stetig neu. Dies ist ein lebenslanger Prozess bei dem gealterter Knochen abgebaut und neues Gewebe geformt wird.“ Dieser Prozess verläuft nicht ohne Veränderungen in der Zusammensetzung des Knochens. Die Forscher werden ausgefeilte Analysetechniken wie die Infrarotspektroskopie, optische Emmissionsspektroskopien und 2D Röntgenstrukturanalysen nutzen, um uns weiter über den Aufbau und die Zusammensetzung des Knochens zu informieren.

Stetige Umgestaltung

Praktische Lösungsansätze “Mit den unterschiedlichen Versuchsansätzen wollen wir eine praktische Anwendungsmethode erarbeiten, welche dem Züchter erlaubt, das genetische Potential von Hennen in Bezug auf ihre Knochenqualität zu erkennen”, berichtet McCormack. “Wir erhoffen uns zu zeigen, dass die Kombination verschiedener genetischer Marker die Varianz in der Knochenqualität für genetische Analysen ausreichend beschreibt. Zusätzlich wäre es wünschenswert, dass die Marker linienübergreifend funktionieren. Wir gehen davon aus, dass die neue, nicht-invasive Messmethode die Knocheneigenschaften gut beschreibt und eine ausreichende Korrelation mit der herkömmlichen, invasiven Knochenbruchfestigkeit besteht, so dass sie in der Selektion Anwendung findet. Schlussendlich erweitern wir mit der Forschung unser Verständnis für Osteoporose beim Geflügel und legen einen weiteren Grundstein für zukünftigen Fortschritt.”

Computertomografie eines Knochens mit einer Grünfärbung des Markknochens

Ian C. Dunn, Heather McCormack and Bob Fleming, The Roslin Institute and RDS(V)S, University of Edinburgh, Schottland, U.K., Dirk Jan DeKoning, Swedish University of Agricultural Sciences, Schweden and Alejandro Rodriguez-Navarro, University of Granada, Spanien.