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Klonen

Es war im Jahr 1997, als ein Schaf in Schottland weltweit Schlagzeilen machte. Das Schaf hieß Dolly und war eine lebende Kopie. Genauer gesagt, eine genetische lebende Kopie eines anderen erwachsenen Schafes, die auf natürlichem Wege nie entstanden wäre. Die Forschung machte es möglich und rückte das Klonen in den Fokus der öffentlichen Aufmerksamkeit. Nach der anfänglichen Euphorie über das neue Verfahren geisterten bald düstere Visionen durch die Presse, die Kopien von Adolf Hitler (Spiegel 10/1997) und Menschenklone als Ersatzteillager (Bild-Zeitung 1997) prognostizierten. Über 20 Jahre später ist keines dieser „Horrorszenarien“ eingetreten. In der Zwischenzeit wurden stattdessen für Forschungszwecke weitere Tierarten mit der Dollymethode geklont, darunter Mäuse, Kaninchen, Schweine und Rinder. Im Januar 2018 veröffentlichten chinesische Forscher eine Studie, in der sie der Öffentlichkeit zwei geklonte Javaneraffen präsentierten. Ein Jahr später folgte eine weitere Studie aus Shanghai, die von fünf geklonten und zudem genetisch veränderten Javaneraffen berichtete. Aber warum klonen Forscher eigentlich? Wie funktioniert das Verfahren? Wofür wird die Methode in der Wissenschaft eingesetzt und was bringt die Klonforschung für den biomedizinischen Fortschritt?

Das Schaf Dolly, hier ausgestellt im Royal Museum of Scotland, war das erste aus Körperzellen geklonte Tier. Foto: Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=487766
Das Schaf Dolly, hier ausgestellt im Royal Museum of Scotland, war das erste aus Körperzellen geklonte Tier. Foto: Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=487766

Was versteht man unter Klonen?

Die Erzeugung mehrerer Individuen mit identischem Erbgut wird als Klonen bezeichnet. Dabei können einzelne Zellen, Gewebe oder ganze Organismen entstehen. Alle genetisch gleichen Nachkommen einer Zelle oder eines Lebewesens werden als Klone bezeichnet. Sie können sowohl künstlich erzeugt werden als auch auf natürlichem Wege durch ungeschlechtliche (asexuelle) Fortpflanzung entstehen. Das Klonen ist nicht zu verwechseln mit dem Klonieren, welches die Herstellung von identischen Kopien einer DNA bezeichnet und als gängiges Werkzeug in der Molekularbiologie verwendet wird.

Klone in der Natur

Vegetative Vermehrung durch Neubewurzelung von Pflanzenteilen. Diese sind natürliche Klone der Mutterpflanze. Foto: Sylvia Siersleben
Vegetative Vermehrung durch Neubewurzelung von Pflanzenteilen. Diese sind natürliche Klone der Mutterpflanze. Foto: Sylvia Siersleben

Bakterien und andere Einzeller wie Amöben oder Pantoffeltierchen können sich asexuell vermehren, indem sich die Zelle teilt. Die beiden entstehenden Tochterzellen tragen das gleiche Erbgut wie die Mutterzelle. Auch niedere Tiere wie zum Beispiel Polypen können sich ungeschlechtlich durch Knospung vermehren. Dabei schnüren ausgewachsene Tiere Larven als Schwimmknospen ab, die sich zu einem vollständigen Polypen entwickeln. Pflanzen können sich ebenfalls vegetativ vermehren. Durch Zellteilung werden neue Pflanzenteile wie Ableger, Knollen, Sprossen oder Rhizome gebildet, die wieder zu einer neuen Pflanze heranwachsen können und das Erbgut der Mutterpflanze tragen. Höhere Tiere und Menschen sind nicht mehr zur ungeschlechtlichen Vermehrung in der Lage. Natürliche Klone können aber trotzdem in Form von eineiigen Zwillingen entstehen, da diese aus einer einzigen befruchteten Eizelle stammen.

Klonen von Säugetieren in der Wissenschaft

Schematische Darstellung des reproduktiven und therapeutischen Klonens. Grafik: Sylvia Siersleben
Schematische Darstellung des reproduktiven und therapeutischen Klonens. Grafik: Sylvia Siersleben

Die Erzeugung künstlicher Klone von Säugetieren im Labor erfolgt im Wesentlichen durch zwei Methoden: Embryonensplitting oder Zellkerntransfer. Bei dem erstgenannten Verfahren wird ein Embryo künstlich geteilt. Da alle Zellen zu Beginn der Embryonalentwicklung noch totipotent sind, sich also noch zu einem vollständigen Organismus entwickeln können, entstehen dabei Zwillinge oder Mehrlinge, die genetisch identisch sind.

Beim Zellkerntransfer wird der Kern einer Spenderzelle entnommen und in eine zuvor kernlos gemachte, unbefruchtete Eizelle übertragen. Die Eizelle entwickelt sich dann als genetischer Klon der Spenderzelle weiter, da sie deren Erbgut in sich trägt. Während in ersten Versuchen die übertragenen Zellkerne aus embryonalem Gewebe stammten, gelang es später auch Zellkerne aus differenzierten Körperzellen, wie zum Beispiel Hautzellen, zu verwenden. Das spezielle Milieu in der Eizelle bewirkt, dass der Kern reprogrammiert wird, damit seine Spezialisierung verliert und die Entwicklung von vorn beginnt. Dieses Verfahren nennt man somatischen Zellkerntransfer. Es ist außerdem als Dollymethode bekannt, da das Klonschaf 1996 als erstes Säugetier mit dieser Methode geschaffen wurde. Abhängig von der Weiterverwertung des erzeugten Klons, unterscheidet man zwei unterschiedliche Verfahren: das therapeutische Klonen und das reproduktive Klonen.

Therapeutisches Klonen und Stammzellen

Ziel des therapeutischen Klonens, auch Forschungsklonen genannt, ist die Gewinnung embryonaler Stammzellen, die mit dem Spenderorganismus genetisch identisch sind. Der nach dem Kerntransfer entstehende Embryo wird bei diesem Verfahren im Blastozystenstadium verwendet, um aus ihm Stammzellen abzuleiten. Diese Zellen sind pluripotent. Das bedeutet, dass sie sich in alle Zelltypen des Körpers entwickeln können. Sie sind deshalb für therapeutische Zwecke interessant, weil man aus ihnen verschiedene Gewebe züchten kann. So könnte man Krankheiten heilen, die durch den Verlust bestimmter Zellarten oder Gewebe hervorgerufen werden. Beispielsweise könnte nach einem Infarkt abgestorbenes Herzmuskelgewebe oder bei der Parkinson-Krankheit degenerierte Nervenzellen ersetzt werden. Da die geklonten Stammzellen genetisch mit dem Spenderorganismus, in dem Fall mit dem zu therapierenden Patienten, identisch sind, ist eine immunologische Abwehrreaktion bei dieser Methode weniger wahrscheinlich. Das bedeutet, dass die in den Körper eingebrachten Zellen und Gewebe nicht oder weniger stark abgestoßen würden. Eine dauerhafte Behandlung mit Medikamenten, die die Funktion des Immunsystems nach der Transplantation unterdrücken (Immunsuppressiva) wäre somit vermutlich nicht mehr nötig. Zudem hofft man, mit Geweben aus geklonten Stammzellen dem Mangel an Organtransplantaten entgegenzuwirken, der unter anderem durch die Inkompatibilität der meisten Spenderorgane mit dem Empfänger begründet ist.

Seit einigen Jahren gibt es zudem ein Verfahren, mit dem man differenzierte Körperzellen wieder in ihren Ausgangszustand zurückversetzen kann. Durch Zugabe bestimmter Gene werden die Zellen umprogrammiert, so dass sie Eigenschaften embryonaler Stammzellen aufweisen. Sie sind pluripotent und können sich erneut in bestimmte Zelltypen differenzieren. Diese Zellen werden induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) genannt. Der japanische Stammzellenforscher Shin’ya Yamanaka erhielt 2012 für die Entwicklung dieses Verfahrens den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Den iPS-Zellen wohnt ein großes medizinisches Potenzial inne, da auch sie für Zellersatztherapien genutzt werden können, beispielsweise um degenerative Erkrankungen zu behandeln. Da zu ihrer Herstellung kein Kerntransfer und keine Eizelle wie beim therapeutischen Klonen notwendig sind, ist die Nutzung von iPS-Zellen in ethischer und rechtlicher Hinsicht deutlich weniger problematisch.

Allerdings ist ein routinemäßiger Einsatz beider Verfahren in der Medizin noch nicht so bald zu erwarten. Stammzellen haben ein Potenzial zur Tumorbildung, das unterbunden werden muss. Zudem muss es gelingen, die Zellen in die jeweiligen Gewebe oder Organe funktionell zu integrieren. Darüber hinaus hat man auch bei transplantierten Ersatzzellen, ähnlich wie bei Organen, Abstoßungsreaktionen nachgewiesen. Bei der Verwendung von geklonten Stammzellen, die durch somatischen Kerntransfer entstehen, sind mitochondriale Unterschiede zwischen Spender- und Eizelle dafür verantwortlich. Mitochondrien sind Organellen, die der Energiegewinnung der Zelle dienen. Sie enthalten zusätzlich DNA, die sich von der Erbinformation der Spenderzelle unterscheidet und zu Abstoßungsreaktionen nach der Transplantation führen kann.

Eine Stammzelle spezialisiert sich zu einer Herzmuskelzelle, visualisiert mittels Immunfluoreszenzfärbung der Strukturproteine. Foto: Debbra Yasemin Knorr
Eine Stammzelle spezialisiert sich zu einer Herzmuskelzelle, visualisiert mittels Immunfluoreszenzfärbung der Strukturproteine. Foto: Debbra Yasemin Knorr

Reproduktives Klonen

Hausrinder auf der Weide. Nutztiere werden geklont, um bestimmte Eigenschaften zu erhalten. Foto: Scott Bauer, US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6554285
Hausrinder auf der Weide. Nutztiere werden geklont, um bestimmte Eigenschaften zu erhalten. Foto: Scott Bauer, US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6554285

Im Gegensatz zum therapeutischen Klonen wird der Embryo beim reproduktiven Klonen nicht zerstört, sondern im Blastozystenstadium in den Uterus einer Leihmutter überführt und ausgetragen. Mit diesem Verfahren wurden bereits verschiedene Tierarten geklont. In der Tierzucht können so beispielsweise genetisch identische Nachkommen von Nutztieren erzeugt werden, die gewünschte Eigenschaften haben (Hochleistungsrinder) oder gegen Krankheiten resistent sind. In der Biomedizin werden zur Erforschung bestimmter Erbkrankheiten genetisch veränderte Tierarten geklont (transgene Tiere), um die speziellen Modifikationen in ihrer Erbsubstanz zu erhalten. Ein Beispiel dafür sind Schweine, die genetisch so verändert werden, dass ihre Zellen vom menschlichen Immunsystem nicht mehr als fremd erkannt werden. Diese Schweine werden durch Zellkerntransfer geklont. Ihre Organe und Gewebe, wie beispielsweise das Herz oder Inselzellen der Bauchspeicheldrüse, sollen als Ersatzorgane für den Menschen nutzbar gemacht werden (Xenotransplantation). Die genetische Manipulation verhindert die starken Abstoßungsreaktionen, die sonst nach Transplantationen von tierischen Organen im Menschen zu erwarten sind.

Würde die Methode zukünftig hinreichend zuverlässig und effizient werden, ließen sich mit den Klonverfahren außerdem genetisch homogene Tierpopulationen erzeugen, die als Versuchstiere in der biomedizinischen Forschung von Vorteil wären. Bei bestimmten wissenschaftlichen Fragestellungen müssen aufgrund der individuellen genetischen Variabilität ausreichend viele Versuchstiere eingesetzt werden, um ein statistisch abgesichertes und aussagekräftiges Ergebnis zu erhalten. Bei genetisch identischen Tieren wäre der Faktor der genetischen Variabilität zu vernachlässigen, so dass die Tierzahlen für die Versuche erheblich reduziert werden könnten. Das wäre wiederum im Sinne des ethischen 3R-Prinzips, welches die Reduktion von Versuchstieren auf ein Minimum erfordert.

Derzeit ist die Methode des reproduktiven Klonens jedoch noch nicht sicher genug. Der Verbrauch an Eizellen ist sehr hoch bei einer sehr geringen Austragungsrate. Bereits bei Dolly führte nur eine von über 270 implantierten Eizellen zur Schwangerschaft und Lebendgeburt. Auch bei den 2018 geborenen Javaneraffen waren noch 109 Eizellen notwendig, um zwei Individuen zu erhalten. Die hohe Sterblichkeitsrate ist vermutlich auf eine unvollständige Reprogrammierung des Zellkerns zurückzuführen. Die komplexen biochemischen Prozesse, die dabei eine Rolle spielen, sind derzeit noch nicht vollständig verstanden. In vergangenen Versuchen konnte man außerdem feststellen, dass die überlebenden geklonten Tiere schneller alterten als auf natürlichem Wege entstandene Jungtiere, eher Krankheiten entwickelten und zum Teil schwere organische Fehlbildungen aufwiesen.

Rechtslage

Sowohl reproduktives als auch therapeutisches Klonen wird im Hinblick auf die mögliche Anwendung beim Menschen kontrovers diskutiert. Das Klonen von Menschen zu Fortpflanzungszwecken wird gegenwärtig in der Gesellschaft einhellig als ethisch nicht vertretbar angesehen, da der derzeitige Kenntnisstand nicht ausreicht, um etwaige Fehlbildungen und Erkrankungen zu verhindern und damit die Klone unzumutbaren gesundheitlichen Risiken auszusetzen. In Deutschland wie in den meisten europäischen Staaten ist reproduktives Klonen von Menschen deshalb verboten. Das deutsche Embryonenschutzgesetz von 1990 verbietet die Herstellung oder Verwendung von Embryonen zu einem anderen Zweck als zum Herbeiführen einer Schwangerschaft der Frau, von der die Eizellen stammen. Außerdem darf kein menschlicher Embryo außerhalb des Körpers in einer Art und Weise manipuliert werden, die nicht seiner Erhaltung dient. Damit ist auch der Zellkerntransfer beim Menschen zum Zweck des therapeutischen Klonens rechtlich ausgeschlossen. Das wissenschaftliche Arbeiten mit embryonalen menschlichen Stammzellen, die im Ausland unter bestimmten Bedingungen aus menschlichen Embryonen mit Verfahren gewonnen wurden, die in Deutschland verboten sind, ist zusätzlich durch das Stammzellgesetz von 2002 geregelt. Dieses Gesetz regelt, welche embryonalen menschlichen Stammzellen aus dem Ausland nach Deutschland importiert und hier verwendet werden dürfen.

Bei Tieren ist sowohl therapeutisches als auch reproduktives Klonen in der Biomedizin und auch für die Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion in bestimmtem Rahmen erlaubt. Allerdings plant die EU derzeit ein Verbot des Klonens von Nutztieren sowie des Imports lebender Klontiere und daraus erzeugter Lebensmittel wie Fleisch oder Milch. Außerdem soll die Verwendung von Nachkommen geklonter Tiere sowie der von ihnen stammenden Produkte nicht mehr erlaubt sein. Das EU-Parlament stimmte einem entsprechenden Gesetzesvorschlag der EU-Kommission im September 2015 zu. Über den endgültigen Gesetzesentwurf verhandelt derzeit das Parlament noch mit dem EU-Ministerrat.

Auf EU-Ebene gibt es bislang keine spezielle Gesetzgebung, die das Klonen von Tieren explizit regelt. Gesetze auf nationaler Ebene gibt es bislang nur in Dänemark und Norwegen. In beiden Ländern ist das Klonen von Tieren für die Grundlagenforschung erlaubt, allerdings nur nach behördlicher Genehmigung und unter Berücksichtigung des Wohlergehens der Tiere. In Deutschland, wie auch in den meisten anderen Ländern, ist das Klonen von Tieren nicht direkt verboten, sondern wird durch Tierschutzgesetze indirekt geregelt. Wie bei allen Arten von Tierversuchen muss auch für das Klonen eine behördliche Genehmigung eingeholt werden, sofern die Experimente Schäden, Leiden oder Schmerzen für die Tiere verursachen können.