Die Klonierung von Organismen zur Bereitstellung von Stammzellen für die Forschung und andere Anwendungen

Neben den Fortschritten in der Gentechnik wurden auch die Methoden zur Klonierung ganzer, vielzelliger Organismen aus Einzelzellen weiterentwickelt. Der Begriff Klonierung ist hier als Erzeugung eines oder mehrerer genetisch identischer Lebewesen aus einer einzelnen Ausgangszeile zu definieren. Diese Methode wird oft auch als organismische Klonierung bezeichnet, um sie von der Klonierung (Isolierung) eines Gens beziehungsweise der Zellklonierung (der Teilung sich ungeschlechtlich fortpflanzender Zellen unter Hervorbringung einer Ansammlung genetisch gleicher Zellen) zu unterscheiden (alle Klonierungen beruhen letztlich auf der Produktion genetisch identischer Nachkommen, in der Regel aus einer Zelle). Ein Hauptinteresse an der organismischen Klonierung besteht in der Gewinnung von Stammzellen, die noch nicht differenziert sind und sich in verschiedene Gewebe entwickeln können. Das Klonieren (die klonale Vermehrung) von Pflanzen und Tieren wurde erstmals vor über einhundert Jahren im Rahmen biologischer Experimente zur Klärung grundlegender Fragestellungen versucht. Dazu gehörte beispielsweise die Frage, ob alle Zellen in einem vielzelligen Organismus über dieselben Gene verfügen (genomische Äquivalenz) oder ob sie im Laufe ihrer Differenzierung auch Gene verlieren (siehe Kapitel 18). Um solche Fragen zu beantworten, kann man untersuchen, ob sich aus einer differenzierten Zelle wieder ein ganzes, vollständiges Lebewesen entwickeln kann. Die gleiche Frage lautet anders formuliert: Ist das Klonieren von vielzelligen Organismen aus Einzelzellen möglich?

Reproduktive Klonierung von Säugetieren Neben Fröschen werden schon seit einiger Zeit auch Säugetiere kloniert, wobei Kerne aus einer Vielzahl embryonaler Zellen verwendet wurden. Es wurde jedoch allgemein bezweifelt, dass sich ein Zellkern aus einer vollständig differenzierten Körperzelle hierfür einsetzen ließe. Im Jahr 1997 machte eine Forschergruppe in Schottland aber Schlagzeilen, als die Geburt von .Dolly, dem Schaf“ bekannt gegeben wurde. Dieses Schaf war durch Klonierung mit einem Zellkern aus einer differenzierten Körperzelle eines erwachsenen Tieres hergestellt worden (=> Abbildung 20.9). Die Entdifferenzierung der Spenderkerne wurde dabei durch die Kultivierung der Zellen in einem nährstoffarmen Medium erreicht. Die entsprechend behandelten Zellen wurden dann mit entkernten Eizellen fusioniert. Die daraus erhaltenen diploiden Zellen teilten sich bis zur Bildung früher Embryonen, die dann in Leihmutterschafe eingepflanzt wurden. Von mehreren hundert implantierten Embryonen entwickelte sich einer normal weiter und „Dolly" wurde geboren.

Die folgenden Analysen bewiesen, dass Dollys chromosomale DNA tatsächlich mit der des Spenderkerns identisch war (ihre mitochondriale DNA stammt, wie zu erwarten, vom Eizellspender). Im Jahr Z003 erkrankte Dolly frühzeitig im Alter

Das reproduktive Klonieren eines Saugetieres durch Transplantation von Zellkernen

Abbildung 20.9: Das reproduktive Klonieren eines Saugetieres durch Transplantation von Zellkernen.

von sechs Jahren an einer Lungenkrankheit, die normalerweise bei sehr viel älteren Schafen auftritt. Außerdem litt das Tier auch an Arthritis (Gelenkrheuma) und wurde schließlich eingeschläfert. Die schweren Krankheitsbilder lassen vermuten, dass die Zellen des Tieres nicht so gesund waren wie die normaler Schafe, was möglicherweise auf einer unvollständigen „Reprogrammierung“ des ursprünglich verpflanzten Spenderzellkerns beruht.

Seit dem Jahr 1997 sind zahlreiche andere Säugetiere wie Mäuse, Katzen, Kühe, Pferde, Maultiere, Schweine und Hunde kloniert worden. In den meisten Fällen bestand das Ziel darin, neue Individuen zu erzeugen (reproduktives Klonieren). Aus solchen Experimenten hat man bereits eine Menge gelernt. Beispielsweise sehen klonierte Tiere derselben Art nicht immer gleich aus oder verhalten sich gleichartig. In einer Herde von Kühen, die durch Klonierung aus der gleichen Zellkulturlinie hervorgegangen sind, zeigen bestimmte Kühe ein dominantes Verhalten, andere ein zurückhaltenderes. Dies ist aufschlussreich für die Verhaltensbiologie und die Frage, inwieweit das Verhalten angeboren ist.

Die erfolgreiche Klonierung so vieler Säugetiere führte zu zahlreichen Spekulationen über die Klonierung von Menschen. Einige Forscher haben sich mit den ersten Schritten in dieser Richtung befasst. Bei dem am weitesten verbreiteten Ansatz werden wie oben beschrieben Zellkerne differenzierter Zellen in unbefruchtete, entkernte Eizellen verpflanzt und die diploide Pseudozygote zur Teilung angeregt. Im Jahr 2001 wurden in Massachusetts (USA) in einem derartigen Experiment einige wenige Zellteilungen (Furchungsteilungen) erreicht. Andere Berichte über weitergehende Entwicklungsstadien konnten bisher nicht bestätigt werden. Die mit der Klonierung von Menschen verbundenen ethischen Probleme sind erheblich und geben Anlass zu heftigen Diskussionen.

Probleme bei der Klonierung von Tieren Bei den meisten bisher durchgeführten Zellkerntransplantationen hat sich nur ein kleiner Teil der klonierten Embryonen bis zur Geburt normal weiterentwickelt. Wie das oben erwähnte Schaf Dolly leiden viele durch Klonierung entstandene Tiere an Krankheiten. Klonierte Mäuse neigen beispielsweise zur Fettsucht (Adipositas), Leberversagen, Lungenentzündungen und sterben frühzeitig. Es ist anzunehmen, dass auch äußerlich normal erscheinende, klonierte Tiere verborgene Defekte aufweisen.

Einige Gründe für den geringen Klonierungserfolg und das häufige Auftreten von Schäden sind bereits bekannt. So wird in den Zellkernen vollständig differenzierter Zellen nur ein kleiner Teil aller Gene exprimiert, die meisten Gene bleiben reprimiert. Diese Regulation ist oft auch eine Folge epigenetischer Veränderungen am Chromatin, wie eine Acetylierung von Histonen oder eine Methylierung der DNA.

 
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