Stammzellen durch Kerntransfer: Die Dolly-Methode

Das Klonschaf Dolly entstand aus einem einzelnen Zellkern und einer leeren Eizelle. Bei Tieren wird die Methode weiterhin angewendet, für die Erforschung menschlicher Zellen ist sie zu aufwendig.

Klonierung durch Kerntransfer

Die Dolly-Methode: Ein somatischer Kerntransfer kann eine identische Kopie (oder Klon) eines Tieres oder eine embryonale Stammzell-Linie erzeugen.

Im Frühjahr 1997 beherrschte ein Schaf die Schlagzeilen: Dolly war das erste Säugetier, das aus einer erwachsenen Körperzelle geklont wurde1. Die ganze Welt beschäftigte sich mit einer Methode, von der bis dahin kaum jemand gehört hatte. Das Potenzial der Stammzellforschung wurde mit einem Schlag offenbar.

Doch der somatische Zellkerntransfer - so der wissenschaftliche Name für die Dolly-Methode - wurde rasch von neueren Entwicklungen überrannt: 1998 kamen die embryonalen Stammzellen in die Labore, 2006 dann die induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen). Beide Stammzelltypen waren wesentlich besser für Forschung und Medizin geeignet - sie drängten den Kerntransfer rasch an den Rand.

Eizelle und Kern im gleichem Takt

Im Prinzip ist die Dolly-Methode recht einfach: Ein Zellkern wird aus einer normalen (somatischen) Gewebezelle entnommen und in eine kernlose Eizelle transferiert. Nach der Einnistung in die Gebärmutter eines Muttertiers entwickelt sich die manipulierte Eizelle zu einem normalen Embryo – eine genetisch identische Kopie des Spendertieres kommt auf die Welt.

In der Praxis ist der Transfer eines Zellkerns jedoch höchst anspruchsvoll. Kern und Eizelle befinden sich anfangs in einer anderen Phase des Zellzyklus, der vereinzelte Zellkern muss daher durch verschiedene Maßnahmen umprogrammiert werden. Dabei gilt es sehr viele Details zu beachten und es gelingt eher selten, dass sich Kern und Eizelle im gleichen Takt teilen2.

Die Geburt des Klonschafs Dolly erforderte jahrelange Vorarbeiten, doch effizient war die Technik immer noch nicht1. Über zweihundert Eizellen wurden in ein Muttertier eingepflanzt, doch es gab nur eine erfolgreiche Schwangerschaft. Forscher haben seitdem zwar spürbare Fortschritte gemacht, aber auch heute liegen die Erfolgsraten meist nur bei etwa 5 bis 10 Prozent2.

Reproduktives Klonen bei Tieren erfolgreich

Die Dolly-Methode kann daher nur erfolgreich sein, wenn Eizellen in ausreichender Zahl zur Verfügung stehen. Das ist letztlich nur bei Tieren gegeben und so schreitet die Forschung vor allem bei ihnen voran. Das Ziel des Kerntransfers ist dabei oft das reproduktive Klonen: das Erzeugen identischer Kopien eines wertvollen Tieres.

Identische Klone können in mehreren Bereichen wertvoll sein:

  • Landwirte wollen die Eigenschaften leistungsfähiger Zuchttiere möglichst effizient verbreiten
  • Privatpersonen suchen scheinbar gleichwertigen Ersatz für ein liebgewonnenes Haustier
  • Forscher versuchen – bislang erfolglos – vom Aussterben bedrohte Tierarten zu retten

Bei insgesamt 22 Säugetierarten war das reproduktive Klonen bereits erfolgreich, darunter Katzen, Hunde, Rinder und Affen. Allerdings entstehen dabei häufig Missbildungen, die die Überlebensrate der geklonten Tiere deutlich senken3.

Das reproduktive Klonen beim Menschen

Theoretisch wäre das reproduktive Klonen auch beim Menschen möglich – eine Vorstelllug, die viele zu faszinieren scheint. Bereits kurz nach Dollys Geburt haben ein obskurer Arzt und eine Sekte verkündet, einen menschlichen Klon erzeugen zu wollen4. Aber diesen Ankündigungen sind keine Taten gefolgt – vermutlich sind die Versuche an den hohen technischen Hürden gescheitert.

Die ethische Debatte um das Klonen hat die Öffentlichkeit lange Zeit beschäftigt. Doch der Kerntransfer scheint in der Praxis kaum geeignet, diese (Horror-)Vision in die Realität umzusetzen. Die Methode ist so anspruchsvoll, dass nur wenige Wissenschaftler sie beherrschen. Diese Spezialisten engagieren sich für eine seriöse Grundlagenforschung und sind offenkundig nicht geneigt, ihre Arbeit mit zweifelhaften Unternehmungen zu gefährden.

Therapeutisches Klonen beim Menschen nicht vorangekommen

Beim Menschen ist eine andere mögliche Anwendung des Kerntransfers deutlich interessanter: das therapeutische Klonen. Dabei soll keine menschliche Kopie erzeugt werden, sondern spezialisierte Gewebezellen, die erkrankte Organe heilen können.

Dieser Weg führt über pluripotente Stammzellen, die nach einem Kerntransfer in der sich entwickelnden Blastozyste entstehen. Die Entwicklung der Klone wird in diesem Stadium gestoppt und ein Teil der Zellen (die Embryoblasten) isoliert. Diese Zellen haben die gleichen Eigenschaften wie embryonale Stammzellen: Sie wachsen sehr schnell und bringen alle anderen Körperzellen hervor.

Erst im Jahr 2013 gelang es Forschern, derartige Stammzellen zu gewinnen5. In der Medizin wurden sie vermutlich nur ein einziges Mal getestet: Eine Studie in Südkorea meldete die Behandlung von drei Patienten mit altersbedingter Makuladegeneration, über die Resultate jedoch ist wenig bekannt6.

Das therapeutische Klonen scheitert meist an der Hürde, dass für jeden Versuch sehr viele unbefruchtete Eizellen verbraucht werden. Und beim Menschen sind diese Eizellen ein rares Gut – das therapeutische Klonen ist daher weitgehend unpraktikabel.

1 Wilmut et al., Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells, Nature 1997, vol. 385, pp. 810-3 (Link)
2 Gouveia et al. Lessons Learned from Somatic Cell Nuclear Transfer, International Journal of Molecular Sciences, März 2020 (Link)
alle Referenzen anzeigen 3 Simmet et al., Manipulating the Epigenome in Nuclear Transfer Cloning: Where, When and How, International Journal of Molecular Sciences, Dezember 2020 (Link)
4 M. Kunz, Wettrennen der Klonbabys, Focus, Dezember 2002 (Link)
5 Tachibana et al., Human Embryonic Stem Cells Derived by Somatic Cell Nuclear Transfer, Cell, Mai 2013 (Link)
6 Kobold et al., A Manually Curated Database on Clinical Studies Involving Cell Products Derived from Human Pluripotent Stem Cells, Stem Cell Reports, August 2020 (Link)

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Definitionen

Reproduktives Klonen: Die Erzeugung einer genetisch identischen Kopie eines Tieres.

Therapeutisches Klonen: Der Kerntransfer erzeugt pluripotente Zelllinien, die bei der Behandlung schwerer Krankheiten helfen sollen.

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Kurz und knapp

  • die Klonierung durch somatischen Kerntransfer erlaubt die Erschaffung von genetisch identischen Kopien eines Lebewesens
  • bei Säugetieren wird dazu ein Zellkern aus einer normalen Zelle entnommen und in eine entkernte Eizelle eingesetzt
  • Dolly das Schaf bewies erstmals, dass der somatischen Kerntransfer möglich ist
  • seit 2013 können menschliche Zellen mit dieser Technik manipuliert werden
  • der somatische Kerntransfer ist mühsam und erfordert rare Eizellen, daher wenden sich viele Forscher nun anderen Methoden zu
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