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Klontechniken

Klonen im engen Sinn ist die künstliche Erzeugung von Individuen mit den selben, d.h. identischen genetischen Informationen.

Die entstehenden "Nachkommen" bezeichnet man als Klon.

Es gibt heute unterschiedliche Arten und Techniken des Klonens, deren Einsatz davon abhängt, welches Ergebnis erzielt werden soll.

So ist es möglich, durch Klonen einzelne identische Zellen zu reproduzieren, bestimmte Gewebearten oder auch komplette Organismen zu schaffen. Britische und japanische Forscher entdeckten vor mehreren Jahren das Protein mit dem schönen Namen "Nanog", das Stammzellen in einem entwicklungsfähigen Zustand hält. Wird dieses Protein ausgeschaltet, entwickeln sich aus den Stammzellen Gewebezellen.

Das Herstellen von Kopien der DNA in der Molekularbiologie wird übrigens als Klonieren bezeichnet.

Embryonen-Splitting

Blastozyste
Blastozyste Abb: Wikipedia (gemeinfrei)

Um einen (oder mehrere) Klone zu erzeugen, ist zunächst die Methode des Embryonensplitting zu nennen.

Der Embryo wird künstlich geteilt (Separation), solange er sich noch im Blastomeren-Stadium, maximal im 8-Zell-Stadium befindet. Zu diesem Zeitpunkt sind die einzelnen Zellen noch totipotent [6, 7]. Das bedeutet, dass die einzelne Zelle noch zur Bildung eines Ganzen (lat.: totus = ganz) fähig ist, sich damit jede einzelne Zelle noch zu einem vollständigen Individuum weiterentwickeln kann.

Ausgehend vom 8-Zell-Stadium können somit in einem "Schritt" maximal acht genetisch identische Lebewesen, mithin Mehrlinge, geschaffen werden.

Eine weitere Möglichkeit des Embryonensplitting ist die Teilung des Embryo im Blastozysten-Stadium. Die Blastozyste wird in diesem Fall in zwei gleiche Hälften geteilt, aus denen sich damit zwei genetisch identische Embryonen entwickeln können [7].

Der ursprüngliche Embryo wird beim Embryonensplitting zerstört.

Zellkern-Transfer

Als weitere Methode des Klonens kommt der Zellkern-Transfer (Nucleustransfer) in Betracht.

Während in frühen Versuchen zunächst noch auf embryonale Zellkerne zurückgegriffen wurde, werden heute häufig somatische Zellkerne verwendet.
Hierbei wird eine Somazelle (Körperzelle), beispielsweise eine Hautzelle des Spendertieres entnommen und in eine unbefruchtete Eizelle übertragen, deren eigener Zellkern vorher entfernt wurde.

Die Eizelle trägt nun die genetischen Informationen der Spenderzelle und entwickelt sich als deren genetischer Zwilling weiter. Der Zellkern wird durch das besondere Milieu in der Eizelle reprogrammiert (Reset) und verliert damit seine bisherige Spezialisierung [6], im Beispiel als Hautzelle.

Diese Art des Klonens gelang erstmals im Jahr 1996 bei Entstehung des Klon-Schafes "Dolly" und wird seither auch als Dollymethode bezeichnet.

Durch somatischen Zellkerntransfer kann eine vollständige genetische Identität (nur) dann erreicht werden, wenn Ei- und Spenderzelle vom identischen Organismus stammen. Anderenfalls ist der neu entstehende Organismus zwar bezüglich der im Zellkern enthaltenen Erbinformationen identisch, nicht jedoch hinsichtlich des mitochondrialen Erbmaterials (mtDNA). Mitochondrien sind die Energiewuellen einer Zelle. Die in ihnen enthaltene DNA wird im Regelfall von der Mutter auf den Nachwuchs übertragen und stammt weiterhin von der entkernten Eizelle, so dass sich alter und neuer Organismus diesbezüglich unterscheiden [7]. Diese, wenn auch geringen Unterschiede zwischen Spender- und Eizelle bergen dennoch die Gefahr von Abstoßungsreaktionen [6].

Chromatin-Transfer

Beim Chromatin-Transfer (CT) wird die Zelle des zu klonierenden Tieres vorbehandelt, um mit der Zelldifferenzierung verbundene Moleküle zu entfernen. Die Technologie ist weiter fortgeschritten als der Kerntransfer (Nuclear Transfer, NT), mit dem Schaf "Dolly" und die meisten anderen Tierklone geklont werden.

In verschiedenen Tierstudien wurde gezeigt, dass die CT effizienter als die NT ist und zu gesünderen Tieren führt. [10]

Je nach Verwendungszweck und mit dem Klonen verfolgter Ziele wird im Weiteren zwischen therapeutischem Klonen und reproduktivem Klonen unterschieden.

Therapeutisches Klonen

Chancen bergen auch Risiken...
Chancen bergen auch Risiken... © 2020 Welt der Katzen

Therapeutisches Klonen (Forschungsklonen) dient der Zucht unterschiedlichster Gewebetypen. Bei dieser Art des Klonens werden nach dem somatischen Zellkern-Transfer embryonale Stammzellen gewonnen, die auf Grund ihrer Pluripotenz in der Lage sind, sich in alle Körperzelltypen zu entwickeln. Der ursprüngliche Embryo wird dabei zerstört.

Die gewonnenen Gewebetypen könnten helfen, abgestorbenes Gewebe zu ersetzen und damit Krankheiten zu heilen.

Eine weitere Möglichkeit des therapeutischen Klonens besteht in einem von dem japanischen Wissenschaftler Shin'ya Yamanaka entwickelten Verfahren, bei dem mit induzierten pluripotenten Stammzellen (IPS) gearbeitet wird [6]. IPS entstehen, indem Körperzellen durch Genzugabe so umprogrammiert werden, dass sie embryonalen Stammzellen entsprechen. In diesem Fall kann auf eine Eizelle und den sonst erforderlichen Kerntransfer verzichtet werden.

Reproduktives Klonen

Beim reproduktiven Klonen wird der neu entstandene Embryo einer Leihmutter injiziert, die diesen dann austrägt.

Auf diese Weise ist es möglich, genetisch identische Nachkommen von Organismen zu schaffen, die bestimmte Eigenschaften besitzen. Die Möglichkeiten reichen vom Ausschluss von Erbkrankheiten über besondere Leistungen von Nutztieren (Fleisch- oder Milchmenge, besondere Lauf- oder Sprungleistungen beim Pferd bis hin zu transgenen Schweinen, deren Zellen - und die daraus entstehenden Organe - bei einer Transplantation vom Menschen nicht abgestoßen werden [7].

Seit im Jahr 1996 erstmals das reproduktive Klonen aus der Somazelle eines erwachsenen Tieres gelang (Klonschaf "Dolly") wurden im Versuch zahlreiche Tierarten auf diese Weise geklont.

Das Verfahren ist allerdings derzeit noch sehr teuer und geklonte Nutztiere werden daher nicht zum Verzehr genutzt. Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass ein reproduktiv geklontes Tier nicht als gentechnisch veränderter Organismus (GVO) gilt und somit nicht deklarationspflichtig ist [7].

Ein großes Problem beim reproduktiven Klonen ist der derzeit noch sehr hohe Verbrauch von Eizellen [6], der vielfach dreistellig ist.