Krank durch Klonen

„Ob Antinori es schaffen kann? Schwer zu sagen“, meint Eckhard Wolf. Eine statistische Chance habe so ein „Verrückter“ schon. Im Mai 2002 hatte der italienische Reproduktionsmediziner erklärt, dass drei Frauen, deren Aufenthaltsort nicht bekannt gegeben würde, bereits schwanger mit einem Klonkind seien. Wolf: „Das ist ein unzumutbares Risiko für Mutter und Kind.“ Wolf, Inhaber des Lehrstuhls für Molekulare Tierzucht und Biotechnologie der Ludwig-Maximilians-Universität München, kennt die Probleme aus eigenen Klonversuchen – allerdings an Kühen: „Maximal 5 Kälber kommen nach 100 Kerntransfers zur Welt. Und selbst bei diesen fünfen sind Spätschäden nicht auszuschließen.“ Dabei klingt alles so einfach: Man entferne den Kern aus einer befruchtungsreifen Eizelle, gebe ihn in eine ausgereifte Körperzelle hinein – und schon entsteht ein Embryo, der sich von einem Empfängertier austragen lässt. Weit gefehlt – trotz Dolly. Fünfeinhalb Jahre nach dem denkwürdigen Bericht des Teams um Ian Wilmut und Keith Campbell vom schottischen Roslin-Institut über die erste erfolgreiche Klonierung bleiben zentrale Fragen des Klonens ungeklärt. Ein erfolgreiches Ergebnis beim reproduktiven Klonen sei derzeit ein „biologischer Unfall“, betont Tanja Dominko von der US-Firma Advanced Cell Technologies. Schaf Dolly war und ist eine Rarität unter Raritäten. Zwar hat Klonen mittlerweile auch Mäusen, Kühen, Schweinen, Ziegen, Kaninchen und einer Katze auf die Welt geholfen. Doch bleibt der ganze Prozess eine Fleißarbeit mit Warten auf Glück. Hinter jedem Klontier, das auf die Welt kommt und die ersten Jahre überlebt, stecken etwa hundert Embryonen, die es nicht geschafft haben. Etwa die Hälfte der geborenen Tiere stirbt bald an Lungenentzündung oder Kreislaufkollaps. Wer länger lebt, auf den warten Spätschäden wie Fettsucht, Arthritis, Krebs oder Lebernekrose. Wer lebenden Nachwuchs durch den Flaschenhals Klonen bringen will, braucht daher vor allem erst einmal jede Menge Rohstoff. „Weil wir bei Kühen tausende von Eizellen von jedem Schlachthof beziehen können, ist bei diesen Tieren das Verfahren am besten etabliert“, meint Eckhard Wolf. Für Affen oder gar Menschen gab es bis Mai 2002 noch keinen wissenschaftlichen Bericht, dass es gelungen sei, wenigstens lebensfähige Embryonen aus einer ausdifferenzierten Körperzelle zu erhalten. Ein wichtiger Grund ist der Mangel an Gelegenheit – zu wenig Eizellen für die Experimentatoren. Anders als bei Kühen ist es bei Primaten, einschließlich des Menschen, schwierig, genügend reife Eizellen zu bekommen. Dominko: „Wir können deshalb zurzeit bei Affen einfach nicht die nötige Anzahl an Kerntransfers unternehmen.“ Das alles hindert einige Reproduktionsmediziner allerdings nicht, Teilschritte der Kloniertechniken bereits am Menschen zu testen. Gleichzeitig arbeiten viele Gruppen daran, die Effizienz des reproduktiven Klonens bei Tieren zu verbessern. Ein grundsätzliches Manko: Die geringe Zahl der überlebenden Tiere macht es unmöglich, eine vernünftige Statistik über die beobachteten Schäden – oft Wachstumsstörungen – zu erstellen. So registriert jede Arbeitsgruppe andere Schäden. Zum Beispiel stellte ein Team um Atsuo Ogura vom japanischen Nationalen Institut für Infektionskrankheiten in Tokio geklonte Mäusemännchen auf die Beine. Zahl: 12. Nach zweieinhalb Jahren sind 10 der Tiere vorzeitig gestorben. Die Obduktion ergibt: Schwere Lungenentzündung, Lungenkrebs, Leukämie und Lebernekrose. Mäuseweibchen, die Randall R. Sakai von der University of Cincinnati in Ohio klonen, neigen hingegen vor allem zu Fettsucht. Die Versuchspopulation diesmal: 9 Klonmäuse. Die Suche nach den Ursachen der Schäden gleicht der nach der Nadel in einem Heuhaufen. „Wir müssen erst einmal eine Art Hierarchie der Schäden bilden, um dann einzelne näher zu untersuchen“, sagt Eckhard Wolf. Trotzdem – in einigen Fragen sind die Klonierer heute weiter als vor fünf Jahren. Dass zum Beispiel Spenderzellen in einer besonderen Stillstandsituation sein müssen, wie noch die Schöpfer von Dolly annahmen, gilt heute als widerlegt. Wichtig sei nur, so Wolf, dass Spender- und Empfängerzelle in ihrem Lebenszyklus zusammenpassen. „Sonst kann das Erbgut der Empfängerzelle in der Eizelle förmlich pulverisiert werden.“ Auch das bei Dolly zunächst vermutete Problem eines vorzeitigen Alterns durch verkürzte Endstücke der Chromosomen gilt bei Klontieren nicht generell. Diese Abschnitte („Telomere“) bestehen aus 100000fach wiederholten kurzen Nukleinsäure-Einheiten. Sie werden zur Verdopplung der Erbinformation benötigt und damit zur Zellteilung. Ihre Länge nimmt mit jeder Zellteilung ab, also auch mit zunehmendem Alter. Während Dolly verkürzte Telomere hat – wohl wegen des Alters der Spenderzelle von sechs Jahren –, fanden sich bei vielen anderen Klontieren normal lange oder sogar deutlich verlängerte Telomere. Nach einem Kerntransfer kann ein entstehender Embryo offenbar seine Chromosomen-Enden wieder auffüllen. Eine Fehlerquelle bleiben hingegen die groben Geschütze, die Klonierer benötigen, um das Konstrukt aus Eizelle und eingebrachtem fremdem Kern überhaupt zu Teilungen zu bewegen. Bei einer Befruchtung besorgen dies meist unbekannte Faktoren aus dem Spermium, die beim Klonen fehlen. Klonierer setzen auf Stromschläge, um die Prozesse trotzdem anzustoßen. Besser wäre ein möglichst naturnaher Lebensbeginn. Einen ersten Ansatz gibt es bereits: US-Forscher konnten unlängst einen entscheidenden Faktor identifizieren, der die Teilungen anstößt – Stickstoffmonoxid, das von Enzymen des Spermiums nach der Befruchtung gebildet wird. Auch die Kombination von Ei- und Spenderzellen bestimmt den Erfolg des Klonens. Wolf: „Die Eizellen mancher Kühe eignen sich besser als andere.“ Der Grund könnte im richtigen Zusammenspiel der zwei unterschiedlichen Erbinformationen liegen, über die jede Körperzelle verfügt: die im Zellkern und die in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen. Obwohl die Mitochondrien eigene Gene haben, bekommen sie die meisten Proteine, die sie zum Arbeiten brauchen, von Genen, die im Zellkern liegen. Rund ein Dutzend Eiweiße stellen sie sich aber aus eigener Erbsubstanz her. Beide Sätze an Eiweißen müssen anschließend miteinander harmonieren. Das stellt der Organismus normalerweise sicher, indem er den Nachwuchs grundsätzlich nur mit Mitochondrien von der Mutter ausstattet – denn die arbeiten gut mit den mütterlichen Genen im Zellkern zusammen. Beim Klonen müssen hingegen völlig neue mitochondrienspezifische Gene aus dem fremden Kern mit jenem Dutzend zusammenpassen, das die Mitochondrien der Eizelle mitbringen. Wolf: „Das erklärt, warum die Wahl der richtigen Eizellen wichtig sein könnte.“ Gerade Klonforscher kritisieren deshalb, dass Reproduktionsmediziner ohne umfangreiche Tierversuche ein Verfahren beim Menschen einsetzen, das Kinder mit zwei verschiedenen Mitochondrien-Typen ausstattet (siehe Kasten vorne „Aufgefrischtes Plasma“). Die meisten Fehler beim Klonen passieren vermutlich, wenn der Zellkern aus der erwachsenen Zelle in Richtung Embryonalzustand zurückprogrammiert wird. Besonders fatal: Wohin Fehler am Ende führen, scheint kaum vorhersagbar. „Gerade die enorme Variabilität der Schäden bei den Tieren zeigt“, meint Wolf, „dass umfassende Probleme bei der Neuprogrammierung des Kerns auftreten.“ Diese „Epigenetik“ erregt derzeit das Hauptinteresse der Klonierer. Hinter diesem Begriff verbirgt sich ein riesiges Arsenal an Eiweißen, die als Regulierer der genetischen Information agieren und festlegen, ob eine Zelle embryonal oder erwachsen ist. Diese beiden Zelltypen müssen nach einem Kerntransfer rasch ausgewechselt werden, denn die Erbsubstanz einer Körperzelle muss in wenigen Stunden in einer Art Zeitreise wieder in den embryonalen Zustand zurückgehievt werden. Ein wichtiges Programmier-Element sind Methylgruppen – chemische Signale, mit denen ganze Abschnitte der Erbsubstanz abgeschaltet, manchmal aber auch angeschaltet werden. Unmittelbar nach einer normalen Befruchtung sorgen Stoffe im Plasma der Eizelle dafür, dass vor allem die neu hinzugekommene väterliche Erbsubstanz flächendeckend von Methylgruppen frei rasiert wird. Erst ein wenig später, nach der Verschmelzung von väterlichem und mütterlichem Kern, kommt es zu einer kompletten Neumethylierung des Genoms – ein Zeichen dafür, dass sich der werdende Organismus genetisch neu organisiert. Wissenschaftler um Wolf Reik vom Babraham-Institut im britischen Cambridge und Eckhard Wolf zeigten vor kurzem, dass beim Klonen diese Prozesse massiv gestört sind. „Die erneute Methylierung startet bei einigen Klonembryonen viel zu früh“, erklärt Wolf. Das aber könnte den Ablauf ganzer genetischer Programme aus dem Gleichgewicht werfen. Ein methodischer Ausweg für Wolf: „Wir wollen den Zustand des Methylierungsmusters für einen Frühcheck nutzen, um nur jene Embryonen in Kühe zu transferieren, bei denen die Reprogrammierung offenbar in den richtigen Bahnen verläuft.“ Eine zentrale Erkenntnis der Klonforschung lautet: Embryonen sind bei diesen Regulationsprozessen viel störanfälliger als lange angenommen. Schon minimale Regulationsfehler können anscheinend zu Schäden führen. Viele Klontiere gehen an Übergröße bereits vor der Geburt zugrunde oder werden gerade noch durch vorzeitigen Kaiserschnitt gerettet. Oft sind auch die Plazenten drastisch vergrößert. Tierzüchter haben dieses „Large Offspring Syndrome“ schon früher beobachtet, allerdings nie so häufig wie bei Klontieren. Schuld könnten Fehler beim „Imprinting“ sein. Dieser Trick der Natur sorgt dafür, dass Vater plus Mutter für die Zeugung von Nachwuchs nötig sind. Etwa 50 Gene sind heute bekannt, bei denen immer nur die mütterliche Kopie oder nur die väterliche Kopie im Organismus aktiv sein darf – bei Mann und Frau. Unter diesen Genen sind etliche, die das Größenwachstum von Embryo und Plazenta mitsteuern. Sind beide Kopien aktiv oder inaktiv, können die Folgen katastrophal sein, wie mehrere Krankheiten beim Menschen zeigen. So leidet etwa eines von 13700 Kindern am Beckwith-Wiedemann-Syndrom, das mit Störungen des Imprintings auf Chromosom 11 zusammenhängt. Hier liegen mehrere wachstumsregulierende Gene. Die Folgen sind: Übergröße von Organen, erhöhtes Risiko für Krebs, verzögerte geistige Entwicklung. Das richtige Imprinting solcher Gene könnte beim Klonen eher die Ausnahme als die Regel sein. Während bei einer normalen Befruchtung Ei- und Samenzelle das richtige Imprinting bereits mitbringen, weiß man nicht, inwieweit differenzierte Körperzellen dies können. Anders als etwa bei Methylierungen kann die Eizelle ein falsches Imprintingmuster in einem eingeschleusten Kern nicht reparieren. Noch 1983 schlossen Davor Solter – heute am Freiburger Max-Planck-Institut für Immunbiologie – und sein Kollege James McGrath aus ihren ersten Versuchen mit Kerntransfers bei Mäusen, dass das Klonen von erwachsenen Säugetieren mangels korrekten Imprintings nicht möglich sei. „Unser Fehlschluss war: Wir nahmen angesichts des damaligen Kenntnisstands an, dass nur Ei- und Samenzellen das richtige Imprintingmuster hätten, es aber später in den Zellen eines ausgewachsenen Organismus gelöscht würde“, kommentiert Solter. Seit Dolly weiß man, das dies nicht stimmt – zumindest nicht für alle Körperzellen. Aber vielleicht, so Solter, sind die meisten ausgewachsenen Zellen am Ende auch deswegen nicht klonierbar, weil sie kein richtiges Imprintingmuster mehr enthalten. Es sei daher derzeit offen, so der Altmeister des Klonens, ob die „gesündesten“ Klone je so gesund sein können wie normal gezeugte Säugetiere.

Kompakt

Für das Klonen muss die Erbinformation umprogrammiert werden. Was dabei im Zellkern passiert, ist größtenteils unbekannt. Es sind nicht so sehr Gen-Schäden, an denen geklonte Tiere leiden, sondern vielmehr Fehler durch Eiweiße, die die Erbinformation nachträglich regulieren. Alle Schäden, die bislang an geklonten Tieren aufgetreten sind, drohen prinzipiell auch geklonten Menschenkindern.

Aufgefrischtes Plasma

Weltweit leben bereits mindestens 30 Kinder, die das Erbgut von drei Elternteilen tragen. Pionier bei der Technik des so genannten Zytoplasma-Transfers ist Jaques Cohen vom St. Barnabas Medical Center in Livingston, New Jersey. Dabei wird unfruchtbaren Frauen zu Kindern verholfen, indem das Zellplasma ihrer Eizellen vor der Befruchtung im Labor mit etwas Plasma aus Eizellen jüngerer Frauen aufgefrischt wird. Bei diesem Prozess gelangen freilich auch Mitochondrien der Spenderin in den Embryo – eine genetisch neue Situation, da normalerweise der Mensch in allen Körperzellen nur die mitochondrialen Gene seiner Mutter trägt. Ob dadurch Gefahren drohen, ist unbekannt. „Solch ein Verfahren müsste in soliden Tierexperimenten getestet werden, bevor man es an Menschen einsetzt“, moniert der Freiburger Klonforscher Davor Solter.

Embryonen mit Knacks

Ein zu starkes Größenwachstum – im Bild: Klonmaus (links) und normale Maus – kennen Tierzüchter nicht nur aus Klonversuchen. Das so genannte „Large Offspring Syndrome“ (LOS) fand sich vor allem in der Frühphase der Kultivierung von Rinder- und Schafembryonen im Labor, was heute in der Tierzucht reine Routine ist. Schon eine falsche Nährflüssigkeit kann das Risiko für spätere Übergröße erhöhen. Vermutet werden Fehler im so genannten Imprinting (siehe Haupttext). Dafür sprechen Versuche von Kevin Sinclair vom Schottischen Agricultural College in Aberdeen und Lorraine Young vom Roslin Institute: Schafe, die als Embryonen vorübergehend im Labor kultiviert wurden und später mit LOS auf die Welt kamen, wiesen eine Fehlaktivierung in einem Gen auf, das einem Imprinting-Prozess unterliegt und Einfluss auf das Größenwachstum hat. Etliche Experten vermuten deshalb, dass Klonier-Techniken wie der Kerntransfer ein generell erhöhtes Risiko zusätzlich steigern: Die Embryonen müssen mehrere Tage in der unnatürlichen Umgebung einer Kulturschale leben. Ergebnisse aus Tierversuchen seien zwar nicht unmittelbar auf die Situation bei der In-vitro-Fertilisation (IVF) in einer Klinik übertragbar, betont Sinclair. Er rät aber zur Vorsicht, wenn Mediziner jetzt die Zeiträume ausdehnen, in denen sie menschliche Embryonen nach einer IVF im Labor wachsen lassen. „Je kürzer dieser Zeitraum ist, desto besser“, urteilt Sinclair. Während bundesdeutsche Mediziner Embryonen in der Regel drei Tage nach einer IVF in die Gebärmutter der Frau – und damit in die natürliche Umgebung – überführen, wartet weltweit eine steigende Zahl von Ärzten fünf bis sechs Tage, damit der Embryo das so genannte Blastozysten-Stadium erreicht. Einer der Gründe: Die Vitalität des Embryos lässt sich dann besser abschätzen. Die Chance für eine erfolgreiche Schwangerschaft erhöht sich, wenn nur ein Embryo eingepflanzt wird. In Deutschland ist solch eine Vorab-Selektion verboten. Deutsche Ärzte setzen in der Regel zwei bis drei zufällig ausgewählte Embryonen ein. Das wiederum schafft andere Probleme: IVF-Kinder haben statistisch gesehen ein leicht erhöhtes Risiko für Missbildungen. Zumindest einen Teil davon führen Mediziner auf den erhöhten Prozentsatz an Mehrfachgeburten nach einer künstli-chen Befruchtung zurück.

Dr. bernhard Epping