Rhinoceromics: Onderzoek naar de gezondheid van de zwarte neushoorn in de dierentuin

Dierentuinen streven naar een zo hoog mogelijk welzijnsniveau voor alle diersoorten die zij houden en spelen een cruciale rol in het behoud van bedreigde diersoorten. De zwarte neushoorn (Diceros bicornis) staat al jaren op de lijst van ernstig bedreigde diersoorten. 

Van de ongeveer 100.000 zwarte neushoorns die in de zestiger jaren nog in het wild leefden, zijn er nu nog slechts 5000 individuen over als gevolg van afname van het leefgebied en stroperij. De zwarte neushoorns in dierentuinen worden, vanwege ernstige gezondheidsproblemen, eveneens bedreigd. De ongeveer 250 zwarte neushoorns in dierentuinen hebben te kampen met dezelfde gezondheidsproblemen, dat we steeds vaker bij de mens zien. 

Ongezonde voeding (veel suikers en vet) en te weinig beweging zorgen bij de mens voor een cascade aan problemen, die onder te brengen zijn onder de noemer metabool syndroom. Het lijkt erop dat bij de zwarte neushoorn hetzelfde type problemen aanwezig zijn, belangrijke indicatoren hiervoor zijn ijzerstapeling, insuline-resistentie en diverse problemen die samenhangen met een verstoord immuunsysteem. 

Het is kenmerkend dat deze gezondheidsproblemen niet worden aangetroffen bij de in het wild levende exemplaren. Zwarte neushoorns in dierentuinen overlijden vaak al voordat ze geslachtsrijp zijn. Vaak zijn organen, waaronder de voortplantingsorganen, door ijzerstapeling aangetast. Dit kan de ondergang van deze diersoort betekenen. Tot nu toe zijn de gezondheidsproblemen van de zwarte neushoorn voornamelijk onderzocht door te focussen op slechts één in het oog springend aspect, namelijk ijzerstapeling. 

In het voorgestelde RHINOCEROMICS onderzoek wordt het gezondheidsprobleem breder onderzocht door met behulp van geavanceerde OMICs technieken een zeer breed scala aan potentiële biologische en biochemische factoren te meten; bloed en feces wordt onderzocht met als doel technieken en biomarkers te ontwikkelen waarmee we de gezondheid van de zwarte neushoorn in gevangenschap kunnen bewaken. 

Technieken

• Sequensen van het metagenoom - Illumina® (metabarcoding) 
• Nanopore sequencing - MinION® (metagenomics) 
• Metabolomics (GC-MS/ LC-MS) 
• Multivariate statistische technieken 
• Univariate statistisch technieken 
• Capillaire elektroforese 
• Metagenoom analyse 
• Immuno assay (Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay (ELISA) of Radio Immuno Assay) 
• xMAP® technologie 

Resultaten

In het RHINOCEROMICS project wordt gezocht naar factoren die informatie kunnen geven over de gezondheid van de neushoorns. Zo wilden we zogenaamde biologische indicatoren ontwikkelen waarmee we de gezondheid van de zwarte neushoorn in gevangenschap kunnen bewaken. Met behulp van geavanceerde OMICs technieken is een zeer breed scala aan potentiële biologische en biochemische factoren onderzocht in bloed en feces. Hierbij werd met behulp van DNA-technieken gekeken naar de samenstelling van de micro-organismen en de voedingscomponenten in de feces. Ook is vanuit bloed DNA-onderzoek gedaan naar genetische indicatoren voor ijzerstapeling en diabetes. Verder zijn in het bloed de ijzerwaardes bepaald, en zijn ontstekingsfactoren gemeten met immunologische technieken. Metabolieten zijn in kaart gebracht mbv  massaspectrometrie in combinatie met zowel gaschromatografie als vloeistofchromatografie. 

Resultaten; mbv PCR-amplificatie en sequencing van het MatK- en ITS2- gen (metabarcoding) zijn de voedselcomponenten vanuit de feces bepaald. Het type voedsel en de diversiteit ervan varieerde per dierentuin en was in een aantal gevallen ook te relateren aan de hoeveelheid Fe-verzadiging bij de neushoorns. Houtachtige planten zoals Salix in het voedsel lijken de Fe-verzadiging bij de neushoorns te verlagen. De onderzochte zwarte neushoorns hebben een grotendeels vergelijkbaar microbioom waarbij de bacteriesamenstelling verschillende ratio’s vertoont in elke neushoorn. De bacteriesoorten Sporobacter en Papillobacter zijn altijd aanwezig, waarschijnlijk vanwege hun vermogen cellulose af te breken in het vezelrijke dieet. De schimmelsamenstelling in de feces verschilde per neushoorn. Door de ontwikkelde voorbewerkingsmethoden kon met massaspectrometrie in feces van alle neushoorns detecteerbare niveau’s van korte keten vetzuren worden gemeten; deze metabolieten spelen een belangrijke rol bij de homeostase van het immuunsysteem. Op basis van het lipidenprofiel in het bloed kunnen veranderingen in de gezondheidstoestand van de neushoorn worden herkend; zwangerschappen en lactatie zorgen voor opmerkelijke shifts. Ook ontstekingen lijken weerspiegeld te worden in het lipidenprofiel. 

Er zijn meetmethoden opgezet om ontstekingsfactoren te meten; Insuline en de ontstekingsfactor SAA kon in alle geteste monsters worden gemeten. Op basis van de ontstekingsfactoren TNF-a, IFN-g en IL-6 werden in een aanzienlijk deel van de monsters aanwijzingen voor ontstekingen gevonden. Dit gold niet voor de ontstekingsintermediair IL-1b, deze werd in geen van de geteste samples aangetoond, mogelijk door een te lage gevoeligheid van de assay. 

Projectinformatie

Type project	RAAK-publiek
Looptijd	1-02-2020 t/m 31-01-2023
Status	Afgerond
Onderzoeksgroep(en)	Metagenomics, Metabolomics, Bio-informatica
Projectleiding	Arjen Speksnijder (MG), Peter Lindenburg (MB), Floyd Wittink (BI)
Docentonderzoeker(s)	Maarten Morsink (BM), Petra van der Stoop (BM), Koen Bossers (BI)
Analist(en)	Rob Pastoor (BM), Mara Kroner (BM), Evelyne Burgwal (CH), Marlies Spaans (BM), Stef Pieterman (BI), Nikola Petrusevski (BI)
Student(en)	1 student MLO 4e jaars, 3 BM student 3e jaars, 2 BI studenten 4e jaars, 3 CH studenten 4e jaars
Partner(s)	Hogeschool AVANS, BaseClear, Diergaarde Blijdorp, Universiteit Utrecht, Chester Zoo, Vet Clinics, Zoo Basel, Aspinal Foundation, Reepark Denemarken