Der Türkise Prachtgrundkärpfling (Nothobranchius furzeri) ist aufgrund seiner kurzen Lebensspanne ein wichtiger Modellorganismus in der Alternsforschung. Seine Haltung und Zucht stellen Forschungseinrichtungen jedoch vor besondere Herausforderungen: Die Tiere altern schnell und müssen kontinuierlich nachgezüchtet werden, gleichzeitig soll ihre genetische Vielfalt aber erhalten bleiben. Forschende des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) haben daher das Dynamic Population Breeding (DPB) entwickelt. Dieses neue Zuchtkonzept verbessert die Überlebensrate der Nachkommen, reduziert Unterschiede zwischen den Zuchtkohorten und schafft so eine wichtige Grundlage für eine reproduzierbare und nachhaltige Forschung zum biologischen Altern.

Jena. Der in Südostafrika beheimatete Türkise Prachtgrundkärpfling (Nothobranchius furzeri, Killifisch) lebt in Gewässern, die in der Regenzeit entstehen und in der Trockenzeit wieder verschwinden. An diesen ständigen Wechsel hat sich der Fisch extrem gut angepasst: Innerhalb weniger Monate durchläuft er seinen gesamten Lebenszyklus – vom Schlüpfen über die Fortpflanzung bis hin zum natürlichen Tod. Seine kurze Lebensspanne macht ihn zu einem wertvollen Modellorganismus für die Alternsforschung, denn Prozesse, die bei anderen Wirbeltieren oft Jahre dauern, können beim Killifisch innerhalb weniger Wochen untersucht werden.

Um längere Trockenzeiten zu überstehen, sind Killifisch-Embryonen in der Lage, in einer natürlichen Ruhephase, der sogenannten Diapause, zu verharren und ihre Entwicklung erst Monate später unter passenden Umweltbedingungen fortzusetzen. Sie können sogar mehrere Jahre im Ei überdauern. Nach dem Schlupf hingegen altern die Tiere extrem schnell. Diese besondere Biologie macht den Killifisch zu einem wichtigen Modellorganismus für die Forschung. Mehrere Aspekte des menschlichen Alterns – darunter Veränderungen des Immunsystems, des Gehirns oder der Fortpflanzungsfähigkeit – lassen sich somit an diesem kurzlebigen Wirbeltier untersuchen.

Forschende des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena haben nun eine neue Zuchtstrategie entwickelt, um die langfristige Zucht und Haltung dieser Tiere zu verbessern und gleichzeitig die wissenschaftliche Aussagekraft zukünftiger Studien in der Alternsforschung zu stärken. „Die kurze Lebensdauer des Killifisches eröffnet einzigartige Möglichkeiten, grundlegende Fragen des Alterns zu erforschen", erklärt Dr. Beate Hoppe, Leiterin der Tierhaltung Fisch am FLI. „Gleichzeitig stellt sie uns vor die Herausforderung, die Tierbestände über viele Generationen hinweg stabil und reproduzierbar zu erhalten, damit sie von den Forschenden genutzt werden können."

Neue Strategie für die Zucht

Da es für die am FLI verwendeten Killifisch-Linien keine kommerziellen Anbieter gibt, erfolgt die gesamte Nachzucht der Fische institutsintern. Die kurze Generationszeit bringt dabei erhebliche Herausforderungen mit sich: Innerhalb weniger Wochen entwickeln sich die Tiere von Jungfischen zu fortpflanzungsfähigen Erwachsenen. Die schnelle Generationsfolge erhöht dabei das Risiko von Inzucht, genetischer Drift und unbeabsichtigter Selektion.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, entwickelte das Team um Dr. Beate Hoppe das Dynamic Population Breeding (DPB). Dieses dynamische Zuchtkonzept verbindet mehrere zeitlich versetzte Schlupfereignisse mit überlappenden Zuchtgruppen unterschiedlicher Generationen. Zusätzlich wird die natürliche Fähigkeit der Embryonen genutzt, ihre Entwicklung in einer Diapause zu unterbrechen, so dass Schlupfzeitpunkte gezielt gesteuert werden können. Damit reduziert sich die Abhängigkeit von einzelnen großen Zuchtansätzen und die Kolonie kann flexibler gesteuert werden.

Qualitätskontrollen führen zu stabileren Populationen und robusteren Nachkommen

Die Untersuchungen zeigten, dass die Fortpflanzungsleistung der Tiere mit zunehmendem Alter abnimmt. Doch durch regelmäßige Kontrollen der Gelege und die gezielte Auswahl geeigneter Zuchtgruppen konnten die alternsbedingten Veränderungen jedoch ausgeglichen werden: Leistungsfähigere Zuchttiere wurden identifiziert und weniger geeignete Tiere frühzeitig aus dem Zuchtprogramm ausgeschlossen.

„Wir verstehen unter einer modernen Tierhaltung mehr als nur die Versorgung unserer Tiere", betont Dr. Hoppe. „Sie bildet nicht nur die Grundlage für reproduzierbare Forschungs­ergeb­nisse, sondern trägt auch ganz entscheidend dazu bei, die Anzahl benötigter Versuchstiere auf das notwendige Mindestmaß zu begrenzen."

Überlebensrate in Abhängigkeit der embryonalen Entwicklung der Fische

Ein weiterer Schwerpunkt der Studie lag auf der Untersuchung der embryonalen Entwicklung. Die Ergebnisse zeigten, dass die Überlebenswahrscheinlichkeit der Nachkommen nicht nur von der Schlupfrate, sondern auch vom Zeitpunkt des Schlupfes beeinflusst wird. Jungfische, die zeitnah nach Erreichen des schlupfbereiten Stadiums schlüpften, wiesen eine höhere Überlebensrate auf als Tiere aus späteren Schlupfzeitpunkten.

Nach Einführung der DPB-Strategie verbesserten sich die Überlebensraten der Jungtiere deutlich. Gleichzeitig nahm die Schwankungsbreite zwischen einzelnen Zuchtkohorten ab. Die Populationen wurden insgesamt robuster und besser planbar.

„Unser Ziel ist es, bestmögliche Bedingungen für Tierwohl und Forschung miteinander zu verbinden", erläutert die Tierhausleitung. „Mit der neuen DPB-Strategie können wir sowohl die Qualität unserer Tierbestände als auch die Nachhaltigkeit ihrer Haltung verbessern."

Die neue Zuchtstrategie bietet eine praktikable Lösung für die langfristige Haltung kurzlebiger Modellorganismen. Künftig könnten ergänzende Verfahren wie die Kryokonservierung dazu beitragen, zusätzlich die genetische Vielfalt zu sichern. Die Ergebnisse liefern damit nicht nur einen wichtigen Beitrag zum Management von Killifisch-Kolonien, sondern schaffen auch die Grundlage für reproduzierbare Erkenntnisse in der Alternsforschung.

Publikation

Dynamic Population Breeding: A Structured Colony Management Strategy to Improve Reproductive Performance and Early Survival in Nothobranchius furzeri. Uta Naumann, Julia Hammerer, Clemens Peters, Simone Gruner, Martin Neumann, and Beate Hoppe. Zebrafish. 2026 Jun 12:15458547261460388. doi: 10.1177/15458547261460388.
https://doi.org/10.1177/15458547261460388


Kontakt
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Hintergrundinformation

Das Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI) in Jena ist eine von Bund und dem Freistaat Thüringen gemeinsam finanzierte Forschungseinrichtung in der Leibniz-Gemeinschaft. Am FLI wird international sichtbare Spitzenforschung zur Biologie des Alterns auf molekularer, zellulärer und systemischer Ebene betrieben. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus rund 40 Ländern erforschen die Mechanismen des Alterns, um dessen Ursachen besser zu verstehen und Grundlagen für Strategien zu schaffen, die gesundes Altern fördern.