Klontechniken
von Marcus Skupin | Welt der Katzen
Klonen im engen Sinn ist die künstliche Erzeugung von Individuen mit den selben, also identischen genetischen Informationen.
Die genetische Identität bezieht sich dabei allerdings ausschließlich auf die Kern-DNA; Unterschiede in der mitochondrialen DNA bleiben bestehen [1].
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, diesen also kontrolliert. Wird dieses Protein ausgeschaltet, entwickeln sich aus den Stammzellen Gewebezellen.
In der Molekularbiologie wird der Begriff anders verwendet, hier wird das Herstellen von Kopien als Klonieren bezeichnet.
Embryonen-Splitting
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]. Die einzelne Zelle ist noch zur Bildung eines Ganzen (lat.: totus = ganz) fähig und kann sich damit noch zu einem vollständigen Individuum weiterentwickeln.
Totipotenz besteht beim Menschen und den meisten Säugetieren nur bis zum 8‑Zell‑Stadium; danach nimmt die Entwicklungspotenz rapide ab, denn nun beginnt die funktionelle Spezialisierung (Zellpolarität, Kompaktierung), wodurch die Teilungsfähigkeit eingeschränkt wird [2][3].
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 (SCNT)
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 Reprogrammierung ist fehleranfällig; unvollständige epigenetische Rücksetzung gilt als Hauptursache für Entwicklungsstörungen und geringe Erfolgsraten. Zu den häufigsten Fehlern zählen aberrante DNA‑Methylierung und fehlerhafte Histonmodifikationen [4][5].
Diese Art des Klonens gelang erstmals im Jahr 1996 bei Entstehung des Klon-Schafes "Dolly" und wird seither auch als Dollymethode bezeichnet. Die Effizienz lag damals bei unter 1 %, was die technische Herausforderung des Verfahrens verdeutlicht [8].
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).
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], denn diese Unterschiede können die Energieversorgung der Zellen beeinflussen und gelten daher als möglicher Faktor für Entwicklungsprobleme [1].
Chromatin-Transfer (CT)
Beim Chromatin-Transfer (CT) wird die Zelle des zu klonierenden Tieres vorbehandelt, um mit der Zelldifferenzierung verbundene Moleküle zu entfernen. Die Technologie gilt als Weiterentwicklung des klassischen Kerntransfers (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. Studien zeigen auch, dass CT die epigenetische Rücksetzung verbessert und dadurch die Rate abnormaler Embryonen reduziert wird [4]. CT wird daher in der Forschung zunehmend als "zweite Generation" des Klonens betrachtet.
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 ...
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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, jedoch keinen Trophoblasten (Vorstufe der Plazenta) und somit keinen vollständigen Organismus bilden können [2] [3]. 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. Sie umgehen ethische Probleme, behalten allerdings oft ein epigenetisches "Gedächtnis" ihrer Ursprungszelle und zeigen daher häufiger entsprechende Anomalien als embryonale Stammzellen [5].
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). Auch transgene Schweine können durch Klonen entstehen, 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. Die Erfolgsrate liegt je nach Art meist zwischen 0,1 % und 10 %; viele Embryonen sterben frühzeitig ab [1],[4].
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. Dieser hohe Verbrauch resultiert aus Entwicklungsabbrüchen, fehlerhafter Reprogrammierung und Plazentaanomalien [1],[3].
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Quellen
[1] Gambini, Andres et al. (2025), Cloning of domestic animals, MSD Veterinary Manual
[2] Transgen; Transparenz Gentechnik: Der Zoo der Klontiere (21.07.2017) https://www.transgen.de/tiere/674.klonen-tieren.html (abgerufen am 02. Mai 2020)
[3] Revermann, Dr. Christoph, Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB) – Klonen von Tieren, Umfassende Analyse zu Technik, Risiken, Ethik, Recht, https://www.tab-beim-bundestag.de/themenfeld-biotechnologie-und-gesundheit_klonen-von-tieren.php
[4] Kanokwan Srirattana, Masahiro Kaneda, Rangsun Parnpai (2022), Strategies to Improve the Efficiency of Somatic Cell Nuclear Transfer, Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 1969. https://doi.org/10.3390/ijms23041969
[5] Czernik, Marta et al. (2019), Somatic cell nuclear transfer: failures, successes and the challenges ahead, Int. J. Dev. Biol. 63: 123-130 (2019), https://doi.org/10.1387/ijdb.180324mc
[6] Deutsches Primatenzentrum: Klonen, https://www.dpz.eu/de/infothek/wissen/klonen.html (abgerufen am 02. Mai 2020)
[7] DRZE, Deutsches Referenzzentrum für Ethik in den Biowissenschaften: Embryonensplitting, http://www.drze.de/im-blickpunkt/forschungsklonen/module/embryo-splitting (abgerufen am 03.05.2020)
[8] Wilmut I. et al. (1997), Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells, Nature. 1997; 385:810–813. DOI: 10.1038/385810a0
Artikelinformationen
Autor: Marcus Skupin
Erstveröffentlichung: 8. Mai 2020
Letzte Aktualisierung: 5. Juni 2026
Kategorie: Biologie – Klone - Klontechniken
URL: https://www.welt-der-katzen.de/katzenhaltung/biologie/klone/klontechniken.html
