Einleitung
Angesichts der zahlreichen Fachausdrücke sollen im Folgenden Abschnitt zuerst die wichtigsten Begriffe geklärt und eingeführt werden.
Klonen bedeutet die Erzeugung einer oder mehrerer genetisch identischer Kopien eines Organismus.
Das Erzeugen identischer Kopien von DNA wird hingegen als Klonieren bezeichnet. Im engeren Sinn meint Klonierung auch das Züchten einer Zelllinie, die sich von einer einzelnen, genotypisch definierten Zelle herleitet. Klonierung wird aber auch generell für eine Vervielfachung mit dem Ergebnis identischer Organismen verwendet.
Ein Klon umfasst damit einerseits genetisch identische Zellen oder Organismen. Diese können entstehen durch Teilung (ungeschlechtliche Vermehrung) oder Parthenogenese (ungeschlechtliche Fortpflanzung). Andererseits entsteht durch Übertragung eines somatischen Zellkerns in eine enukleierte Oozyte ebenfalls ein Klon.
Allerdings bezeichnet in der Molekularbiologie ein Klon auch ein DNA-Fragment, das durch gentechnische Verfahren vervielfacht wird. Auf diese Weise vermehrte Gene können mit Vektoren (Plasmide, Phagen) von einem Spender- auf einen Empfängerorganismus übertragen werden.
Unser Interesse liegt bei der reproduktionstechnischen künstlichen Klonierung. Trotzdem sollen Formen einer natürlichen Klonbildung erwähnt werden: Eineiige Zwillinge, die durch Trennung der Blastomeren entstanden sind. Bei vielen niederen Lebewesen spielt das Klonen bei der Vermehrung eine grosse Rolle, einige einzellige Tiere, Polypen, und alle Pflanzen und Bakterien besitzen die Fähigkeit zur ungeschlechtlichen Fortpflanzung durch Klonbildung.
Schematische Darstellung des Klonens durch Nukleustransfer. Der Eizelle eines Spendertieres wird der Kern entfernt. Anschliessend wird der Zellkern einer somatischen Zelle eines Spendertieres in die enukleierte Eizelle eingebracht. Zur Rückgewinnung der Totipotenz muss die künstlich erzeugte Zelle reprogrammiert werden.
Verfahren
Drei Verfahren zur Klonierung von Säugetieren sind bekannt und bis jetzt angewendet worden:
Die Teilung der Embryonen im Morula- oder Blastocystenstadium (siehe Kapitel Splitting), die Isolierung und Kultivierung von Blastomeren, und der Transfer eines Zellkerns aus einer somatischen Zelle in eine Eizelle (Nukleustransfer).
Nur mit dem Nukleustransfer (Zellkerntransfer) konnte bis jetzt erfolgreich geklont werden. Das bekannte Klonschaf Dolly wurde im Juli 1996 auf diese Weise erzeugt und führte zum ersten grossen Erfolg in der Geschichte der Klonierung.
Für die Anwendung des Nukleustransfers wird dem Organismus, der geklont werden soll, eine Zelle entnommen und daraus der Zellkern isoliert. Bis jetzt wurden somatische Zellen ausgewachsener Tiere aus Euter, Eileiter, Fibroblasten und Haut verwendet. Dieser Zellkern wird in eine in vitro fertilisierte Eizelle verbracht, deren Zellkern und das unmittelbar angrenzende Zytoplasma vorgängig entfernt wurden. Durch Interaktionen zwischen Zellkern und Zytoplasma wird die frühe Embryonalentwicklung eingeleitet, dies wird Reprogrammierung genannt.
Nebenbei ist anzumerken, dass bei den erwähnten Vorgängen die Mitochondrien nicht ausgetauscht werden. Dies ist insofern von Bedeutung, als die Mitochondrien eigene Erbinformationen besitzen. Dadurch entsteht streng genommen kein genetisch vollständig identischer Klon (ausser der zu klonierende Organismus ist zugleich der Eizellspender). Die mitochondriale DNA kodiert für ungefähr 0.0002% des Gesamtorganismus.
In vitro entwickelt sich die manipulierte Zelle zur Blastocyste und wird analog zu den anderen in vitro Verfahren in ein Empfängertier übertragen.
Auf diese Weise wurden seit Dolly einige tausend geklonte Tiere erzeugt. Für diese Erfolge wurden unzählige Eizellen manipuliert.
Bedeutung
Die Effizienz des Klonierungs-Prozesses ist nach wie vor sehr gering. Zur Erzeugung eines geklonten Maultiers zum Beispiel wurden 334 Eizellen gebraucht, 305 wurden übertragen, daraus resultierten 21 Trächtigkeiten am Tag 16 und nur gerade ein einziges geborenes Maultier. Allgemein entwickeln sich somit nur wenige Promille bis Prozent der behandelten Eizellen zu lebensfähigen Organismen.
Durch die bis heute nicht überwundene Ineffizienz des Verfahrens ist das Klonen von Tieren bis jetzt einigen wenigen Forschungsstationen vorbehalten. Die Forschung arbeitet aber mit Hochdruck daran, die Prozesse der Reprogrammierung und damit die Effizienz des Klonens zu verbessern.
Sollte dies gelingen, könnte das Klonen Einzug in vielen Sparten halten. Tiere mit grossem emotionalem Wert können geklont werden, ebenso Tiere mit hohem Zuchtwert. Bei Pferden ist das Klonen von im Sport erfolgreichen Wallachen zur Weiterzucht mit dem Klon respektive die Multiplizerung eines wertvollen Zuchthengstes bereits Tatsache. Aber auch bei bedrohten oder ausgestorbenen Tierarten könnte Klonen zum Einsatz kommen.
Einer breiten Akzeptanz stehen bislang zahlreiche Hindernisse im Weg. Zum Beispiel sterben praktisch alle geklonten Tiere, die zur Welt kommen, vorzeitig auf Grund multipler Fehlfunktionen.