Fokus Klonen - wissenschaft.de
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Fokus Klonen

Lebewesen zu kopieren ist für die Natur normal. Von A (wie Ableger) bis Z (wie Zwilling) – die Welt ist von Klonen bevölkert.

Double im Nachbarfeld

Pflanzen können seit jeher das, was vielen Tieren erst mit moderner Wissenschaft aufgezwungen werden soll: Klone, genetisch identische Kopien ihrer selbst erzeugen. Jeder Gärtner kennt die Ausläufer, die die Erdbeerpflanze ins Nachbarfeld schickt und aus denen ein komplettes Double entsteht.

Fast jedes Pflanzenteil kommt für diese Art der Fortpflanzung in Frage: Sauerampfer oder Zypressenwolfsmilch stehen in Gruppen zusammen, da sie ständig neue Pflanzen aus Wurzeltrieben nachschieben. Die Kartoffel macht es mit Sproßverdickungen, den Knollen. Das Brutblatt streut täglich neue Minipflanzen aus seinen Blatträndern auf die Fensterbank. Und schon die Römer wußten, wie man Weinpflanzen über Stecklinge vermehrt.

Allerdings sorgt die Natur bei diesen Klonen von Zeit zu Zeit für Abwechslung. „Somaklonale Variation“ nennen die Züchter das Phänomen, wenn aus derselben Pflanze unterschiedliche Nachkommen entstehen. Mutationen im Erbgut von Ausgangszellen führen dazu, daß etwa Forsythien-Klon Nummer eins leuchtend gelb, Nummer zwei hingegen nur blaßweiß blüht.

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Der fatale Kokken-Klon

Auch bei den Einzellern ist Klonen Standard. Geißel- und Wimpertierchen, wie das tausendfach in der Schule mikroskopierte Pantoffeltierchen, verdoppeln ihre DNA, schnüren sich in der Mitte durch – und schon sind zwei identische Nachfolger entstanden.

Knospung lautet die Devise bei Hohltieren und Bandwürmern. Bei Schwämmen, Manteltieren oder Moostierchen dient derartiges Klonen dem Aufbau großer Stöcke, wenn die Nachfahren miteinander verbunden bleiben. Besonders verheerend für den – aus Sicht des Parasiten irrtümlich befallenen – Menschen ist das Klonen bei Echinococcus granulosus, dem Hundebandwurm. Eine einzige Finne, wie das Larvenstadium genannt wird, schnürt in der Leber oder dem Gehirn von der gefürchteten Echinokokkenblase Hunderttausende von Tochterfinnen ab, die den Körper des Infizierten durchwuchern.

Jungfernzeugung

Bei höher entwickelten Tieren verlieren die einzelnen Körperzellen die Fähigkeit, wieder zu einem ganzen Tier auszuwachsen. Nur sexuelle Fortpflanzung garantiert Nachwuchs. Für diesen Zweck brachte die Evolution Ei- und Samenzellen hervor. Durch die sogenannte Reifeteilung wird bei ihnen die Zahl der Chromosomen halbiert und das genetische Material der Chromosomen neu verteilt. Sex, also die Wiederverdopplung und Neukombination der Erbinformation bei der Befruchtung, bedeutet das Ende des Klons.

Doch es gibt Ausnahmen:Bei der Parthenogenese (Jungfernzeugung) entstehen Nachkommen aus Eizellen, ohne Befruchtung mit einem Samen. Wasserflöhe, Saug- und Fadenwürmer und viele Insekten betreiben Parthenogenese. Sogar unbefruchtete Truthahn-Eier entwickeln sich mitunter zu ganz normalen Vögeln. Bei Säugern hingegen ist die Jungfernzeugung bislang nicht nachgewiesen. Allerdings gibt es bei Labormäusen eine vergleichbare Technik. Mäuse nur mit dem Erbgut der Eizelle entstehen, wenn unmittelbar nach der Befruchtung der Kern der Samenzelle experimentell wieder entfernt wird. Anschließend bringt man die Eizelle mit biochemischen Tricks dazu, ihren einfachen Chromosomensatz zu verdoppeln und pflanzt sie einer anderen Maus in den Uterus. Was heranwächst, ist eine Maus ohne Vater, nur mit dem Erbgut der Mutter. Aus den Eizellen solcher Tiere ziehen die Forscher Mäuseklone – begehrte Ware bei Versuchen in Medizin und Pharmazie, da alle Tiere die gleiche genetische Ausstattung haben und deshalb auf Versuche mit neuen Medikamenten gleich reagieren.

Zwei aus einem Ei

Echte Klone gibt es gelegentlich auch nach sexueller Vermehrung. Eineiige Zwillinge sind das Ergebnis bei etwa jeder 300sten Schwangerschaft in Deutschland. Bei ihrer Entwicklung ist die befruchtete Zelle in zwei erbgleiche Embryonen auseinandergefallen.

Der biologische Normalfall ist das Klonen des Embryos bei Säugern nur bei südamerikanischen Gürteltieren, wo bis zu zehn identische Nachkommen entstehen. Doch mit dem Embryonensplitting hat die moderne Tierzüchtung auch hier der Natur auf die Sprünge geholfen. Den Anfang machte zu Beginn des Jahrhunderts der Freiburger Prof. Hans Spemann. Mit Kinderhaaren schnürte er Molch-Embryonen durch. Bei richtiger Wahl der Schnittstelle entstanden zwei identische Molche. Spemann erhielt 1935 als erster Zoologe den Nobelpreis für Medizin. 1981 kamen die ersten künstlichen Rinderzwillinge in den USA auf die Welt, 1993 teilte Jerry Hall vom George Washington University Medical Center 17 menschliche Embryonen im Labor. Die Klone wurden getötet, der Versuch löste weltweit Proteste aus.

Heute ist das Verfahren bei Rind, Schaf und Ziege Routine. Prof. Heiner Niemann vom Institut für Tierzucht und Tierhaltung der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) in Mariensee: „Etwa jedes vierte Zwillingspaar nach einem Embryonensplitting kommt durch.“

Drei Mütter für einen Klon

Mehr Kopien eines Embryos können durch Kerntransfer entstehen. Dazu liefert ein weibliches Nutztier – ob Schwein, Rind oder Schaf – die Eizellen (Ei-Mutter). Aus ihnen wird mit einer Glaspipette der Zellkern abgesaugt. Von dem Tier, das man Klonen will (Gen-Mutter), nimmt man dann die Blastomeren, die ersten embryonalen Zellen nach der Befruchtung. Diese werden in die entkernten Eizellen gespritzt. Strompulse leiten die Fusion von Blastomere und Empfängerzelle ein. Die vitalsten der geklonten Embryonen werden einem dritten Tier (Gebär-Mutter) eingepflanzt.

1952 gelang der Kerntransfer erstmals bei Fröschen. Beim wesentlich kleineren Säugerei ist er schwieriger. Erst 1986 wurde das erste Schaf nach Kerntransfer geboren. Elf identische Brangus-Stiere sind bisher der größte Säuger-Klon durch Kerntransfer. Vor kurzem gelang die Technik auch bei Affen.

Völlig identisch sind solche Klone aber nur, wenn Embryonen und Eizellen aus dem gleichen Tier kommen. Eine geringe Menge an eigener genetischer Information bleibt auch nach dem Entfernen des Kerns in der Eizelle – in den Mitochondrien. Diese zellulären Untersysteme liefern die Energie für die Lebensfunktion der Zelle. Sie scheinen bei Kühen auch die Milchleistung zu beeinflussen.

Das Alter der Blastomeren setzt dem Kerntransfer eine frühe Grenze. Bei Rindern und Schafen kommen noch Blastomeren aus dem 64-Zell-Stadium für einen Transfer in Frage, danach verlieren sie die Fähigkeit, sich zu einem ganzen Tier zu regenerieren (Totipotenz). Bei Kaninchen und Ziege ist nach dem 32-Zell-Stadium, bei der Maus nach dem 8-Zell-Stadium Schluß, beim Schwein gar schon beim 4-Zell-Stadium.

War das Schaf eine Ente?

Bei der gentechnischen Veränderung von Nutztieren wie Rind, Schaf und Schwein blieb bis vor kurzem nur der Weg über die Manipulation von Embryonen. Fremde Gene werden dabei in den männlichen Vorkern injiziert. Sie sollen den Tieren neue Fähigkeiten verleihen, etwa die Produktion von Medikamenten mit der Milch. Die Verluste bei Isolierung, Manipulation und Transfer der Embryonen sind hoch. Wenn nach vielen Versuchen endlich ein Tier mit den gewünschten Eigenschaften entstanden ist, will man es künftig mit den neuen Klontechniken beliebig oft kopieren können. Dolly sollte der Durchbruch dazu sein.

Die Schaf-Kopie aus dem Roslin Institute in Edinburgh ist durch Kerntransfer vermutlich aus einer ausgewachsenen Euterzelle entstanden. Das wäre der Beweis dafür, daß man zum Klonen nicht embryonale Zellen braucht, sondern daß dies im Prinzip mit jeder beliebigen Körperzelle geht. Allerdings waren 277 Anläufe nötig, um eine einzige Dolly zu produzieren. Und selbst ihre Schöpfer sind sich noch nicht sicher, ob sie wirklich eine Euterzelle oder versehentlich eine weniger differenzierte Stammzelle geklont haben.

Prof. Klaus Rajewsky vom Institut für Genetik der Universität Köln hält es nach wie vor für unmöglich, aus Körperzellen Tiere zu klonen: „In ausgewachsenen Zellen sind viele Gene irreversibel stillgelegt.“ War Dolly am Ende eine (Zeitungs-)Ente?

In der Tat lieferten Kerntransfers von Haut- oder Blutzellen bei Fröschen bislang nur Tiere, die ihr Dasein spätestens als Kaulquappen beendeten. Was eine ausgereifte Zelle wieder in den embryonalen Urzustand versetzen könnte, ist unbekannt. Möglicherweise spielen enzymatische Eiweiße, die nur kurz nach der Befruchtung im Zellplasma aktiv sind und später im Kern feststecken, eine Rolle bei der Reprogrammierung. Werden sie in einer ausgewachsenen Eizelle zusammen mit dem Kern entfernt, fehlen dem neu eingebrachten Kern wesentliche Informationen für die Entwicklung. Entscheidend für das Entstehen von Dolly scheint deshalb die Synchronisation der Zellzyklen von übertragenem Kern und Empfängerzelle gewesen zu sein (bild der wissenschaft 4/1997, „Dolly und die Folgen“).

Bernhard Epping

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