Klon

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Einleitung

Klon, Nachkommen, die aus dem Erbmaterial einer einzigen Zelle hervorgegangen sind und deshalb genetisch mit dieser identisch sind.

Der Begriff Klon wird sowohl auf Einzelzellen als auch auf mehrzellige Lebewesen angewandt. Alle zu einem Klon gehörenden Lebewesen haben dieselben Gene und somit dieselben Erbeigenschaften. Neben den Prokaryonten vermehren sich auch viele andere einfach gebaute Lebewesen durch Klonbildung (ungeschlechtliche Fortpflanzung), so die meisten Protozoen, viele Algen und einige Hefearten. Auch einige höhere Organismen erzeugen Klone, beispielsweise Pflanzen, die Ableger oder Stecklinge bilden. In der Pflanzenzüchtung macht man sich diese Eigenschaft seit langem zunutze, um Kulturpflanzen zu veredeln und zu vermehren. Sogar bei der Fortpflanzung von Säugetieren und Menschen gibt es von Natur aus Klone: Eineiige Zwillinge entstehen durch Teilung einer einzigen befruchteten Eizelle und sind deshalb genetisch identisch.

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Klontechniken

Künstliches Klonen im Labor bietet große wirtschaftliche und medizinische Möglichkeiten und ist deshalb Gegenstand weitreichender Forschungen. Durch die Gentechnik ist es seit einiger Zeit möglich, Gene, Gengruppen oder den vollständigen Chromosomensatz einer Art in eine Einzelzelle einzuschleusen und diese zu vermehren. Als Empfängerzelle wählt man dabei oft eine Art mit asexueller Vermehrung, beispielsweise Bakterien oder Hefen. Auf diese Weise erhält man Zellklone, deren Zellen alle die eingeschleuste Fremd-DNA (Desoxyribonukleinsäure) enthalten. Da sich Bakterien, Hefen und andere im Labor kultivierte Zellen sehr schnell vermehren, kann man mit dieser Methode viele Kopien eines gewünschten Gens herstellen, die isoliert für weitere Untersuchungen zugänglich sind (z. B. zur Strukturanalyse des Gens). In Bakterien eingeschleuste Gene können aber auch im medizinischen Bereich Verwendung finden. So wurde durch das Klonen der Gene für wichtige Stoffwechselprodukte wie Insulin, Interferon und Somatotropin (Wachstumshormon) die Herstellung dieser Substanzen in großen Mengen möglich.

Durch Klonen lassen sich eineiige Zwillinge von Tieren und theoretisch auch von Menschen experimentell herstellen. Eines der Verfahren besteht darin, den Embryo (etwa den einer Maus) in einem sehr frühen Entwicklungsstadium aus der Gebärmutter zu entnehmen, ihn in zwei Teile zu teilen und diese jeweils in die Gebärmutter zweier Muttertiere zu implantieren: Es wachsen genetisch identische Individuen heran. Mit diesem Verfahren, dessen theoretische Grundlagen auf die Schnürungsexperimente des deutschen Zoologen Hans Spemann zurückgehen, können embryonale Säugetiere seit den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts geklont werden.

Zudem kann man einen ganzen Zellkern mit dem vollständigen Chromosomensatz aus einer Zelle entnehmen und in eine unbefruchtete Eizelle implantieren, deren eigenen Zellkern man zuvor entfernt hat; man bezeichnet diese Methode auch als Zellkerntransfer oder kurz Kerntransfer. Mit der beginnenden Teilung der Eizelle teilt sich auch der fremde Zellkern; die Eizelle entwickelt sich zur Blastozyste, dem Frühstadium eines Embryos. Dieses Lebewesen ist genetisch mit demjenigen identisch, aus dem der Zellkern entnommen wurde. Mit dieser Technik des Klonens kann man zumindest theoretisch eine große Zahl genetisch identischer Individuen erzeugen. Dies soll beispielsweise in der Tierzüchtung dazu dienen, Tiere mit erwünschten Eigenschaften zu vervielfältigen.

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Klonen von Tieren

Gentechnikern eines britischen Instituts gelang 1997 auf die oben beschriebene Weise das Klonen eines erwachsenen Schafes. Die Forscher hatten einer Hautzelle aus dem Euter eines Schafes einen Zellkern entnommen, der in die unbefruchtete Eizelle eines anderen Schafes verpflanzt worden war. Die Eizelle wurde einem dritten Schaf implantiert. Dieses brachte ein gesundes („Dolly” genanntes) Lamm zur Welt. 2002 wurde bekannt, dass „Dolly” ungewöhnlich früh an Arthritis erkrankt war; Ian Wilmut, der Leiter des Klon-Teams wertete diese entzündliche Gelenkerkrankung als Hinweis auf einen durch das Klonen verursachten Defekt. 2003 musste „Dolly” im Alter von sechs Jahren aufgrund einer Lungenentzündung eingeschläfert werden; Schafe dieser Rasse erreichen ein Durchschnittsalter von etwa zwölf Jahren. Auch die Lebensspanne aus somatischen Stammzellen geklonter Mäuse erwies sich als sehr gering, weil die geklonten Tiere Schäden am Immunsystem hatten (somatisch nennt man alle Zellen außer den Keimzellen; somatische Stammzellen bilden Gewebe und Organe). Geklonte Tiere weisen außerdem häufig genetische Defekte auf, die Fehlbildungen zur Folge haben; dies hängt vermutlich mit der Behandlung der Zellen während des Klonierungsverfahrens zusammen.

1998 klonten japanische Wissenschaftler Kühe mit Hilfe von Gebärmutterzellen einer erwachsenen Kuh und im Jahr darauf mit Zellen, die aus der Milch gewonnen worden waren. 1999 wurde über die Geburt des ersten in Deutschland aus der Euterzelle einer erwachsenen Kuh geklonten Kalbes („Uschi”) berichtet. 2002 wurde nachgewiesen, dass das Klonen von Säugetieren in der Tat gelingt, wenn dazu Kerne ausgereifter Zellen verwendet werden (im Fall von „Dolly” hatten Kritiker des Experiments spekuliert, es sei möglicherweise statt einer reifen Hautzelle versehentlich eine Stammzelle eingesetzt worden).

In den USA wurde 2002 über die Geburt einer geklonten Katze berichtet. Das „cc” (für „CopyCat”) genannte Tier war farblich nicht mit der Katze identisch, der die DNA (aus Cumuluszellen, die Eizellen umschließen) entnommen worden war, da die Fellfarbe außer von Genen auch durch andere Einflüsse bestimmt wird. Offenbar sind geklonte Lebewesen einander generell weit weniger ähnlich, als zunächst angenommen wurde. Zwar stimmt deren Erbgut überein, doch gibt es Unterschiede in der Regulation ihrer Gene, die nicht zuverlässig aktiviert werden. Zu den weiteren geklonten Tieren gehören Kaninchen, Schweine und Rhesusaffen. Offenbar gelang es dem südkoreanischen Forscher Hwang Woo-suk tatsächlich (wie 2005 von ihm behauptet), einen Haushund zu klonen – die angeblichen Ergebnisse seiner Arbeiten an menschlichen Stammzellen wurden dagegen später als Fälschungen entlarvt. Frühere Überlegungen, Organe geklonter Tiere in der Zukunft als Transplantate für den Menschen zu verwenden (so genannte Xenotransplantationen), wurden wegen des Risikos der Übertragung von Viren auf den Menschen nicht weiter verfolgt.

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Klonen menschlicher Embryonen

Ein US-amerikanischer Forscher isolierte 1998 aus einem menschlichen Embryo Stammzellen und gewann daraus Zelllinien. Die 2004 vorgestellten Experimente eines südkoreanischen Forscherteams unter Leitung von Hwang Woo-suk gelten trotz der später aufgedeckten Fälschungen Hwangs als erster Nachweis des Klonens menschlicher Eizellen. Hwang gelang es zwar nicht – wie von ihm behauptet –, den Kern einer menschlichen Körperzelle in eine Eizelle zu transplantieren (Zellkerntransfer) und aus dieser Stammzellen zu gewinnen, er regte jedoch erstmals eine unbefruchtete Eizelle im Labor durch eine chemische Manipulation zur Teilung an (Cell Stem Cell, 2007). Der von Hwang nur vorgespiegelte Zellkerntransfer beim Menschen wurde später von US-amerikanischen Forschern erfolgreich durchgeführt: Sie entnahmen einem erwachsenen Mann Hautzellen, deren Kerne sie in zuvor entkernte Eizellen implantierten; aus diesen Zellen wuchsen Blastozysten heran (Stem Cells, 2008).

Ziel des Klonens menschlicher Embryonen ist es, aus den Klonen embryonale Stammzellen zu gewinnen, die theoretisch für künftige therapeutische Zwecke genutzt werden könnten: Bei dem DNA-Spender würden diese Zellen keine Abstoßungsreaktion hervorrufen (siehe Histokompatibilität). Es geht dabei also nicht um das Duplizieren ganzer Menschen (so genanntes reproduktives Klonen wie beim Klonschaf „Dolly”), sondern um therapeutisches Klonen. Die dabei gewonnenen embryonalen Stammzellen sind undifferenziert und können alle möglichen Gewebetypen des menschlichen Körpers formen, etwa Herzmuskelzellen oder Nervenzellen. Therapeutisches Klonen könnte künftig – dann jedoch ausschließlich zugunsten der jeweiligen Eizellenspenderin – auch auf der Basis im Labor zur Teilung angeregter, genetisch unveränderter Eizellen möglich sein. Experimentiert wird zudem mit Hybridembryonen – entstanden aus den Eizellen von Rindern, deren DNA durch die DNA menschlicher Hautzellen ersetzt wird; dieses Verfahren hat den Vorteil, dass keine menschlichen Eizellen verwendet werden müssen.