Was ist Klonen?

Genetik, Gesundheit

ddp, Beitrag vom 13. Dezember 2021

Der Begriff Klonen beschreibt eine Reihe verschiedener Verfahren, mit denen genetisch identische Kopien einer biologischen Einheit hergestellt werden können. Das kopierte Material, das die gleiche genetische Ausstattung wie das Original hat, wird als Klon bezeichnet. Forscher haben ein breites Spektrum an biologischem Material geklont, darunter Gene, Zellen, Gewebe und sogar ganze Organismen, wie z. B. ein Schaf.

Kommen Klone überhaupt auf natürliche Weise vor?

Ja. In der Natur erzeugen einige Pflanzen und Einzeller wie z. B. Bakterien genetisch identische Nachkommen durch einen Prozess, der ungeschlechtliche Fortpflanzung genannt wird. Bei der ungeschlechtlichen Fortpflanzung entsteht ein neues Individuum aus einer Kopie einer einzigen Zelle des Elternorganismus.

Natürliche Klone, die auch als eineiige Zwillinge bezeichnet werden, kommen bei Menschen und anderen Säugetieren vor. Diese Zwillinge entstehen, wenn sich eine befruchtete Eizelle teilt und dabei zwei oder mehr Embryonen mit nahezu identischer DNA entstehen. Eineiige Zwillinge haben fast die gleiche genetische Ausstattung, unterscheiden sich aber genetisch von beiden Elternteilen.

Welche Arten des künstlichen Klonens gibt es?

Es gibt drei verschiedene Arten des künstlichen Klonens: Genklonen, reproduktives Klonen und therapeutisches Klonen.

Beim Genklonen werden Kopien von Genen oder DNA-Abschnitten hergestellt. Beim reproduktiven Klonen werden Kopien ganzer Tiere hergestellt. Beim therapeutischen Klonen werden embryonale Stammzellen für Experimente erzeugt, bei denen Gewebe als Ersatz für verletztes oder krankes Gewebe geschaffen werden soll.

Das Klonen von Genen, auch bekannt als DNA-Klonen, ist ein ganz anderes Verfahren als das reproduktive und therapeutische Klonen. Reproduktives und therapeutisches Klonen haben viele der gleichen Techniken, werden aber zu unterschiedlichen Zwecken durchgeführt.

Wie werden Gene geklont?

Forscher verwenden routinemäßig Klonierungsverfahren, um Kopien von Genen zu erstellen, die sie untersuchen wollen. Das Verfahren besteht darin, ein Gen aus einem Organismus, das oft als „Fremd-DNA“ bezeichnet wird, in das genetische Material eines Trägers, eines sogenannten Vektors, einzufügen. Beispiele für Vektoren sind Bakterien, Hefezellen, Viren oder Plasmide, kleine DNA-Kreise, die von Bakterien getragen werden. Nach dem Einfügen des Gens wird der Vektor unter Laborbedingungen platziert, die ihn zur Vermehrung anregen, was dazu führt, dass das Gen viele Male kopiert wird.

Wie werden Tiere geklont?

Beim reproduktiven Klonen entnehmen Forscher eine reife Körperzelle, z. B. eine Hautzelle, von einem Tier, das sie kopieren möchten. Anschließend übertragen sie die DNA der somatischen Zelle des Spendertieres in eine Eizelle oder Oozyte, deren DNA-haltiger Kern entfernt wurde.

Die Forscher können die DNA aus der somatischen Zelle auf zwei verschiedene Arten in die leere Eizelle einbringen. Bei der ersten Methode entfernen sie den DNA-haltigen Kern der Körperzelle mit einer Nadel und injizieren ihn in die leere Eizelle. Bei der zweiten Methode verwenden sie einen elektrischen Strom, um die gesamte Körperzelle mit der leeren Eizelle zu verschmelzen.

Bei beiden Verfahren wird die Eizelle im Reagenzglas zu einem Embryo im Frühstadium entwickelt und dann in die Gebärmutter eines erwachsenen weiblichen Tieres eingepflanzt.

Letztendlich bringt das erwachsene Weibchen ein Tier zur Welt, das die gleiche genetische Ausstattung hat wie das Tier, das die Körperzelle gespendet hat. Dieses Jungtier wird als Klon bezeichnet. Beim reproduktiven Klonen kann es erforderlich sein, eine Leihmutter einzusetzen, um die Entwicklung des geklonten Embryos zu ermöglichen, wie es bei dem berühmtesten geklonten Organismus, dem Schaf Dolly, der Fall war.

Welche Tiere wurden geklont?

In den letzten 50 Jahren haben Wissenschaftler Klonierungsexperimente an einer Vielzahl von Tieren durchgeführt und dabei verschiedene Techniken angewandt. Im Jahr 1979 erzeugten Forscher die ersten genetisch identischen Mäuse, indem sie Mäuseembryonen im Reagenzglas teilten und die daraus entstandenen Embryonen in die Gebärmütter erwachsener weiblicher Mäuse einpflanzten. Kurz darauf erzeugten Forscher die ersten genetisch identischen Kühe, Schafe und Hühner, indem sie den Kern einer Zelle aus einem frühen Embryo in ein kernloses Ei übertrugen.

Doch erst 1996 gelang es Forschern, das erste Säugetier aus einer reifen (somatischen) Zelle eines erwachsenen Tieres zu klonen. Nach 276 Versuchen gelang es schottischen Forschern schließlich, Dolly, das Lamm, aus der Euterzelle eines sechsjährigen Schafes zu klonen. Zwei Jahre später klonten Forscher in Japan acht Kälber aus einer einzigen Kuh, von denen jedoch nur vier überlebten.

Neben Rindern und Schafen sind auch folgende Säugetiere aus Körperzellen geklont worden: Katze, Hirsch, Hund, Pferd, Maultier, Ochse, Kaninchen und Ratte. Außerdem wurde ein Rhesusaffe durch Embryosplitting geklont.

Wurden Menschen geklont?

Trotz mehrerer öffentlichkeitswirksamer Behauptungen scheint das Klonen von Menschen immer noch Fiktion zu sein. Derzeit gibt es keinen soliden wissenschaftlichen Beweis dafür, dass jemand menschliche Embryonen geklont hat.

1998 behaupteten Wissenschaftler in Südkorea, erfolgreich einen menschlichen Embryo geklont zu haben, doch wurde das Experiment sehr früh abgebrochen, als der Klon nur noch aus einer Gruppe von vier Zellen bestand. Im Jahr 2002 gab Clonaid, eine religiöse Gruppe, die glaubt, dass der Mensch von Außerirdischen geschaffen wurde, auf einer Pressekonferenz die Geburt des angeblich ersten geklonten Menschen, eines Mädchens namens Eve, bekannt. Trotz wiederholter Anfragen der Forschungsgemeinschaft und der Medien hat Clonaid jedoch nie Beweise für die Existenz dieses Klons oder der anderen 12 menschlichen Klone vorgelegt, die sie angeblich geschaffen haben.

Im Jahr 2004 veröffentlichte eine Gruppe unter der Leitung von Woo-Suk Hwang von der Seoul National University in Südkorea in der Zeitschrift Science eine Arbeit, in der sie behauptete, einen geklonten menschlichen Embryo im Reagenzglas erzeugt zu haben. Ein unabhängiger wissenschaftlicher Ausschuss fand jedoch später keine Beweise für diese Behauptung, und im Januar 2006 gab Science bekannt, dass Hwangs Arbeit zurückgezogen worden war.

Aus technischer Sicht ist das Klonen von Menschen und anderen Primaten schwieriger als bei anderen Säugetieren. Ein Grund dafür ist, dass sich zwei für die Zellteilung wichtige Proteine, die so genannten Spindelproteine, in den Eiern von Primaten sehr nahe an den Chromosomen befinden. Folglich werden bei der Entfernung des Eikerns, um Platz für den Spenderkern zu schaffen, auch die Spindelproteine entfernt, wodurch die Zellteilung gestört wird. Bei anderen Säugetieren, wie Katzen, Kaninchen und Mäusen, sind die beiden Spindelproteine über die gesamte Eizelle verteilt. Die Entfernung des Eikerns führt also nicht zu einem Verlust der Spindelproteine. Darüber hinaus können einige Farbstoffe und das ultraviolette Licht, das bei der Entfernung des Eizellkerns verwendet wird, die Primatenzelle schädigen und ihr Wachstum verhindern.

Sehen geklonte Tiere immer gleich aus?

Nein. Klone sehen nicht immer identisch aus. Obwohl Klone das gleiche genetische Material haben, spielt auch die Umwelt eine große Rolle dabei, wie sich ein Organismus entwickelt.

So ist die erste geklonte Katze mit dem Namen Cc eine weibliche Calico-Katze, die ganz anders aussieht als ihre Mutter. Die Erklärung für diesen Unterschied ist, dass die Farbe und das Muster des Fells von Katzen nicht ausschließlich auf die Gene zurückgeführt werden können. Ein biologisches Phänomen, bei dem das X-Chromosom in jeder Zelle der weiblichen Katze (die zwei X-Chromosomen hat) inaktiviert wird, bestimmt, welche Gene für die Fellfarbe ausgeschaltet und welche eingeschaltet werden. Die Verteilung der X-Inaktivierung, die scheinbar zufällig erfolgt, bestimmt das Aussehen des Fells der Katze.

Was sind die möglichen Anwendungen geklonter Tiere?

Das reproduktive Klonen kann es Forschern ermöglichen, Kopien von Tieren anzufertigen, was für die Medizin und die Landwirtschaft von Nutzen sein könnte.

So haben dieselben schottischen Forscher, die Dolly geklont haben, andere Schafe geklont, die genetisch so verändert wurden, dass sie Milch produzieren, die ein menschliches Protein enthält, das für die Blutgerinnung unerlässlich ist. Es besteht die Hoffnung, dass dieses Protein eines Tages aus der Milch gereinigt und Menschen gegeben werden kann, deren Blut nicht richtig gerinnt. Eine weitere mögliche Verwendung geklonter Tiere ist die Erprobung neuer Medikamente und Behandlungsstrategien. Der große Vorteil der Verwendung geklonter Tiere für Medikamententests besteht darin, dass sie alle genetisch identisch sind, was bedeutet, dass ihre Reaktionen auf die Medikamente einheitlich sein sollten und nicht variabel wie bei Tieren mit unterschiedlicher genetischer Ausstattung.

Nach Anhörung zahlreicher unabhängiger Wissenschaftler und Klonexperten entschied die US-Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde (FDA) im Januar 2008, dass Fleisch und Milch von geklonten Tieren wie Rindern, Schweinen und Ziegen genauso sicher sind wie die von nicht geklonten Tieren. Die Maßnahme der FDA bedeutet, dass Forscher nun die Möglichkeit haben, mit Hilfe von Klonierungsmethoden Kopien von Tieren mit erwünschten landwirtschaftlichen Merkmalen wie hoher Milchproduktion oder magerem Fleisch herzustellen. Da das Klonen jedoch immer noch sehr teuer ist, wird es wahrscheinlich noch viele Jahre dauern, bis Lebensmittel von geklonten Tieren tatsächlich in den Supermärkten angeboten werden.

Eine weitere Anwendung ist die Erzeugung von Klonen zum Aufbau von Populationen gefährdeter oder möglicherweise sogar ausgestorbener Tierarten. Im Jahr 2001 erzeugten Forscher den ersten Klon einer gefährdeten Tierart: eine asiatische Ochsenart, die als Guar bekannt ist. Leider starb das Guar-Baby, das sich in einer Leihmutterkuh entwickelt hatte, nur wenige Tage nach seiner Geburt. Im Jahr 2003 wurde eine andere gefährdete Ochsenart, der Banteg, erfolgreich geklont. Kurz darauf wurden drei afrikanische Wildkatzen geklont, wobei gefrorene Embryonen als DNA-Quelle dienten. Einige Experten sind der Meinung, dass das Klonen viele Arten retten kann, die andernfalls aussterben würden. Andere wiederum argumentieren, dass das Klonen zu einer Population genetisch identischer Individuen führt, denen es an der für das Überleben der Art notwendigen genetischen Variabilität fehlt.

Einige Menschen haben auch ihr Interesse daran bekundet, ihre verstorbenen Haustiere klonen zu lassen, in der Hoffnung, ein ähnliches Tier als Ersatz für das verstorbene Tier zu bekommen. Wie das Beispiel der geklonten Katze Cc zeigt, kann es jedoch sein, dass ein Klon nicht genau so aussieht wie das ursprüngliche Haustier, dessen DNA zur Herstellung des Klons verwendet wurde.

Was sind die möglichen Nachteile des Klonens von Tieren?

Das reproduktive Klonen ist eine sehr ineffiziente Technik, und die meisten geklonten Tierembryonen können sich nicht zu gesunden Individuen entwickeln. So war beispielsweise Dolly der einzige Klon, der von insgesamt 277 geklonten Embryonen lebend geboren wurde. Diese sehr geringe Effizienz in Verbindung mit Sicherheitsbedenken stellt ein ernsthaftes Hindernis für die Anwendung des reproduktiven Klonens dar.

Forscher haben bei Schafen und anderen Säugetieren, die geklont wurden, einige nachteilige gesundheitliche Auswirkungen beobachtet. Dazu gehören eine Zunahme der Geburtsgröße und eine Reihe von Defekten an lebenswichtigen Organen wie Leber, Gehirn und Herz. Weitere Folgen sind vorzeitige Alterung und Probleme mit dem Immunsystem. Ein weiteres potenzielles Problem ist das relative Alter der Chromosomen der geklonten Zelle. Bei der normalen Zellteilung schrumpfen die Spitzen der Chromosomen, die so genannten Telomere, zusammen. Mit der Zeit werden die Telomere so kurz, dass sich die Zelle nicht mehr teilen kann und infolgedessen stirbt. Dies ist Teil des natürlichen Alterungsprozesses, der bei allen Zelltypen abzulaufen scheint. Folglich könnten Klone, die aus einer erwachsenen Zelle gewonnen werden, bereits kürzere Chromosomen als normal haben, was die Zellen der Klone zu einer kürzeren Lebensdauer verdammen könnte. Dolly, die aus der Zelle eines 6-jährigen Schafes geklont wurde, hatte Chromosomen, die kürzer waren als die anderer Schafe ihres Alters. Dolly starb im Alter von sechs Jahren, was etwa der Hälfte der durchschnittlichen Lebenserwartung eines Schafes von 12 Jahren entspricht.

Was ist therapeutisches Klonen?

Beim therapeutischen Klonen wird ein geklonter Embryo ausschließlich zu dem Zweck erzeugt, embryonale Stammzellen mit der gleichen DNA wie die Spenderzelle zu produzieren. Diese Stammzellen können in Experimenten verwendet werden, die darauf abzielen, Krankheiten zu verstehen und neue Behandlungsmethoden für Krankheiten zu entwickeln. Bislang gibt es keine Beweise dafür, dass menschliche Embryonen für das therapeutische Klonen erzeugt wurden.

Die reichhaltigste Quelle für embryonale Stammzellen ist das Gewebe, das sich in den ersten fünf Tagen nach Beginn der Teilung der Eizelle bildet. In diesem Entwicklungsstadium, der so genannten Blastozyste, besteht der Embryo aus einer Ansammlung von etwa 100 Zellen, aus denen sich jeder Zelltyp entwickeln kann. Stammzellen werden in diesem Entwicklungsstadium aus geklonten Embryonen entnommen, was zur Zerstörung des Embryos führt, während er sich noch im Reagenzglas befindet.

Was sind die möglichen Anwendungen des therapeutischen Klonens?

Die Forscher hoffen, mit Hilfe embryonaler Stammzellen, die die einzigartige Fähigkeit besitzen, praktisch alle Zelltypen eines Organismus zu erzeugen, im Labor gesundes Gewebe zu züchten, das als Ersatz für verletztes oder krankes Gewebe verwendet werden kann. Darüber hinaus könnte es möglich sein, mehr über die molekularen Ursachen von Krankheiten zu erfahren, indem embryonale Stammzelllinien aus geklonten Embryonen untersucht werden, die aus den Zellen von Tieren oder Menschen mit verschiedenen Krankheiten stammen. Schließlich sind differenzierte Gewebe, die aus ES-Zellen gewonnen werden, hervorragende Instrumente für die Erprobung neuer therapeutischer Arzneimittel.

Was sind die möglichen Nachteile des therapeutischen Klonens?

Viele Forscher halten es für sinnvoll, die Verwendung von embryonalen Stammzellen als Weg zur Behandlung menschlicher Krankheiten zu erforschen. Einige Experten sind jedoch besorgt über die auffälligen Ähnlichkeiten zwischen Stammzellen und Krebszellen. Beide Zelltypen haben die Fähigkeit, sich unbegrenzt zu vermehren, und einige Studien zeigen, dass Stammzellen nach 60 Zyklen der Zellteilung Mutationen anhäufen können, die zu Krebs führen könnten. Daher muss die Beziehung zwischen Stammzellen und Krebszellen besser verstanden werden, wenn Stammzellen zur Behandlung menschlicher Krankheiten eingesetzt werden sollen.

Was sind einige der ethischen Fragen im Zusammenhang mit dem Klonen?

Das Klonen von Genen ist eine sorgfältig regulierte Technik, die heute weitgehend akzeptiert ist und in vielen Labors weltweit routinemäßig eingesetzt wird. Sowohl das reproduktive als auch das therapeutische Klonen werfen jedoch wichtige ethische Fragen auf, insbesondere im Zusammenhang mit der möglichen Anwendung dieser Techniken beim Menschen.

Das reproduktive Klonen birgt die Möglichkeit, einen Menschen zu schaffen, der genetisch mit einer anderen Person identisch ist, die bereits existiert hat oder noch existiert. Dies könnte mit den seit langem bestehenden religiösen und gesellschaftlichen Werten der Menschenwürde in Konflikt geraten und möglicherweise gegen die Grundsätze der individuellen Freiheit, Identität und Autonomie verstoßen. Einige argumentieren jedoch, dass das reproduktive Klonen sterilen Paaren helfen könnte, ihren Traum von der Elternschaft zu erfüllen. Andere sehen im Klonen von Menschen eine Möglichkeit, die Weitergabe eines in der Familie vorkommenden schädlichen Gens zu vermeiden, ohne sich einem Embryoscreening oder einer Embryonenselektion unterziehen zu müssen.

Das therapeutische Klonen bietet zwar die Möglichkeit, Menschen mit Krankheiten oder Verletzungen zu behandeln, würde aber die Zerstörung menschlicher Embryonen im Reagenzglas erfordern. Folglich argumentieren die Gegner, dass die Anwendung dieser Technik zur Gewinnung embryonaler Stammzellen falsch ist, unabhängig davon, ob diese Zellen zur Behandlung kranker oder verletzter Menschen verwendet werden.


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