Phosphor ist ein unersetzlicher Mineralstoff für alle Lebewesen, aber auch eine sehr begrenzte Ressource. Mit dem Ziel Phosphor aus mineralischen Quellen einsparen zu können, haben sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus sechs Fachgebieten der Universität Hohenheim in Stuttgart zur DFG-Forschungsgruppe „P-FOWL“ (FOR 2601) zusammengeschlossen und noch zwei weitere Arbeitsgruppen vom Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN) in Dummerstorf eingebunden.

Phosphor ist an vielen Stoffwechselvorgängen im Körper beteiligt. So spielt der Mineralstoff unter anderem eine Rolle im Hormonhaushalt und Energiestoffwechsel. Neben Kalzium ist Phosphor einer der wichtigsten Nährstoffe für das Knochenwachstum. Mit beidem müssen Legehennen daher gut versorgt sein. Ein Phosphormangel kann zu schwerwiegenden gesundheitlichen Problemen führen.

Da die Tiere aus pflanzlichem Körnerfutter allein ihren Bedarf nicht decken können, setzen Landwirte dem Futter meist Phosphor bzw. Phosphat aus mineralischen Quellen zu – Ressourcen, die schon in gut 100 Jahren aufgebraucht sein könnten. Wird dem Futter zudem mehr Phosphat als nötig zugesetzt, wird es von den Tieren ungenutzt ausgeschieden. Die Folge ist eine höhere Umweltbelastung.

Interdisziplinäre Forschungsgruppe schafft Synergien

Die Forschungsgruppe P-FOWL nimmt darum in einem mehrjährigen Projekt genau unter die Lupe, wie die Phosphorverwertung im Verdauungssystem von Hühnern und Wachteln abläuft. „Unsere Forschung soll dazu beitragen, dass Tiere den im pflanzlichen Futter enthaltenen Phosphor möglichst effizient nutzen können, damit weniger aus mineralischen Vorkommen eingesetzt werden muss“, erklärt Prof. Dr. Markus Rodehutscord, Sprecher des Projektes P- FOWL.

Dazu muss das Forschungsteam aber zuerst einmal verstehen, wie genau die Phosphor-Freisetzung im Verdauungstrakt der Tiere funktioniert. Deswegen untersuchen die Forschenden der Universität Hohenheim in sechs Teilprojekten alle Aspekte der Phosphorverwertung im Verdauungstrakt und Metabolismus von Geflügel, speziell von Legehennen und Wachteln. Unterstützt werden sie dabei vom Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN) in Dummerstorf, das mit zwei Teilprojekten an der Forschungsgruppe beteiligt ist.

Die interdisziplinäre Zusammensetzung der Forschungsgruppe schafft eine einzigartige Möglichkeit, verschiedene Untersuchungen zu kombinieren und möglichst viele Informationen von denselben Tieren zu gewinnen, ihren genetischen Hintergrund genau zu erfassen, und alle Daten in eine Gesamtauswertung einfließen zu lassen. „Das macht die Ergebnisse deutlich aussagefähiger und vergleichbarer“, ist Prof. Dr. Rodehutscord überzeugt.

Komplexe Struktur des pflanzlichen Phosphorspeichers muss geknackt werden

Zwar enthalten viele Pflanzensamen wie Hülsenfrüchte, Getreide und Ölsaaten, größere Mengen an Phosphor. Allerdings ist dieser Phosphor für viele Tiere nicht gut verwertbar. Ein Grund dafür ist der komplizierte Aufbau des pflanzlichen Phosphorspeichers.

„In Pflanzen sind die Phosphor-Bausteine fest an eine ringförmige Struktur gebunden, das Phytin. Diese Verbindungen müssen im Verdauungstrakt mit Hilfe von Enzymen geknackt werden. Viele Nutztiere wie Geflügel können das, ebenso wie wir Menschen, nur sehr schlecht“, erklärt Prof. Dr. Rodehutscord. „Sie sind nicht in der Lage, ausreichende Mengen dieser Enzyme zu bilden.“

Gesundheitsfördernder Nebeneffekt?

Welche Wirkung der Abbau des pflanzlichen Phosphorspeichers im Verdauungstrakt der Tiere außerdem noch auf ihren Stoffwechsel hat, ist eine weitere Frage, mit der sich die Hohenheimer Forschungsgruppe beschäftigt. Denn bei der Abspaltung von Phosphor aus den pflanzlichen Substanzen entstehen neue Verbindungen, deren Einfluss auf die Bakterien im Darm und die Gesundheit der Tiere bislang noch kaum untersucht wurde.

Eine von ihnen, das so genannte myo-Inositol, scheint über einen bislang unbekannten Mechanismus Einfluss auf den Energiestoffwechsel in den Zellen zu haben. Im Nervensystem beeinflusst myo-Inositol das Wachstum von Gehirn- und Nervenzellen und ist zudem an der Übermittlung von Nervenimpulsen beteiligt. Darüber hinaus ist es noch in eine Vielzahl von Stoffwechselprozessen eingebunden und kann so die Tiergesundheit positiv beeinflussen.

Verwertung von pflanzlichem Phosphor bei Hennen optimieren

„Im Verdauungstrakt regelt ein kompliziertes Zusammenspiel des Tieres mit verschiedenen Mikroorganismen, dem Mikrobiom, die Verwertung von Nährstoffen aus dem Futter“, erklärt Prof. Dr. Rodehutscord. „Es ist bekannt, dass die Zusammensetzung dieses Mikrobioms im Darm von Säugetieren und Vögeln sowohl durch das Futter als auch durch das Erbgut der Tiere geformt und beeinflusst wird.“

So können Kalzium- und Phosphor-Zufütterungen die Fähigkeit der Tiere deutlich reduzieren, pflanzliche Phosphorquellen zu verwerten. Umgekehrt stützt diese Erkenntnis auch frühere Untersuchungen, wonach die in Legehennen-Futtermitteln verwendeten Phosphat-Konzentrationen zu hoch sind.

Zudem will die Forschungsgruppe mit High-Tech-Methoden auch herausfinden, welche Bakterien im Verdauungstrakt von Legehennen am Aufbrechen des Phosphorspeichers beteiligt sind und welche Aufgabe genau sie dabei übernehmen. Der Experte hofft: „Wenn wir die Rolle der beteiligten Mikroorganismen geklärt haben, könnten wir langfristig ihre Zusammensetzung so beeinflussen, dass sie den organisch gebundenen Phosphor für die Tiere besser nutzbar machen.“

Effiziente Phosphor-Verwertung – auch eine Frage der Gene

Um genauer zu untersuchen, welche Rolle die Genetik bei der effizienten Phosphorverwertung von Geflügel spielt, griffen die Forscher zunächst auf Proben aus Versuchen mit Wachteln zurück, die in einem Vorgängerprojekt gewonnen wurden. „Die Phosphorverwertung variiert stark von Tier zu Tier und dies ist auch durch die Genetik der Tiere zu begründen“, fasst der Experte die Ergebnisse zusammen.

Deswegen wählten die Forschenden bei den Legehennen zwei Abstammungslinien aus, bei denen sich die Linien genetisch stark voneinander unterscheiden, die Tiere sich aber innerhalb der Linie möglichst ähnlich sind. Auch hier fanden sie Hinweise darauf, dass die Fähigkeit zur Verwertung von Phosphor genetisch angelegt ist. Dabei sind die Unterschiede zwischen den Abstammungslinien und auch zwischen einzelnen Tieren innerhalb derselben Linie deutlich zu erkennen.

„Dies ist ein erster Schritt, um einzelne Tiere zu identifizieren, die besser als andere in der Lage sind, pflanzlichen Phosphor effektiv zu nutzen. Über kurz oder lang wäre es wahrscheinlich möglich, diese Fähigkeit durch Züchtung zu stärken“, betont Prof. Dr. Rodehutscord die Bedeutung dieser Erkenntnis. „Noch gibt es allerdings viel Forschungsbedarf. Langfristig könnten unsere Ergebnisse sicherlich dazu beitragen, den Mineralstoffgehalt in der Legehennen-Fütterung weiter zu reduzieren.“