Es ist 20 Jahre her, seit Wissenschaftler in Schottland der Welt von Dolly, dem Schaf, dem ersten erfolgreich geklonten Säugetier, erzählten aus einer erwachsenen Körperzelle. Das Besondere an Dolly ist, dass ihre „Eltern“ tatsächlich eine einzelne Zelle waren, die aus dem Brustgewebe eines erwachsenen Mutterschafs stammte. Dolly war eine exakte genetische Kopie dieses Schafs – ein Klon.

Dolly erregte die Fantasie der Menschen. Aber diejenigen von uns auf dem Gebiet hatten gesehen, wie sie durch frühere Forschungen gekommen war. Ich arbeite seit über 40 Jahren mit Säugetierembryonen, wobei sich einige Arbeiten in meinem Labor speziell auf verschiedene Methoden zum Klonen von Rindern und anderen Tierarten konzentrierten. Einer der Mitautoren der Zeitung, in der Dolly angekündigt wurde, arbeitete drei Jahre in unserem Labor, bevor er nach Schottland ging, um den berühmten Klon zu erstellen.

Dolly war ein wichtiger Meilenstein, der Wissenschaftler dazu inspirierte, auch die Klontechnologie weiter zu verbessern Das Endspiel war nie als Armee von genetisch identischem Vieh gedacht: Die Forscher verfeinern die Techniken weiter und kombinieren sie mit anderen Methoden, um traditionelle Anima aufzuladen l Zuchtmethoden sowie Einblicke in Alterung und Krankheit.

Nicht das übliche Sperma + Ei

Dolly war ein ganz normales Schaf, das Mutter zahlreicher normaler Lämmer wurde. Sie lebte sechseinhalb Jahre, als sie schließlich nach einer ansteckenden Krankheit, die sich in ihrer Herde ausbreitete und geklonte und normalerweise reproduzierte Schafe gleichermaßen infizierte, niedergeschlagen wurde. Ihr Leben war nicht ungewöhnlich. Es ist ihre Herkunft, die sie einzigartig gemacht hat.

Vor den Jahrzehnten der Experimente, die zu Dolly führten, wurde angenommen, dass normale Tiere nur durch Befruchtung eines Eies durch ein Sperma erzeugt werden können. So funktionieren die Dinge natürlich. Diese Keimzellen sind die einzigen im Körper, deren genetisches Material durcheinander und in der Hälfte der Menge jeder anderen Art von Zelle ist. Auf diese Weise produzieren diese sogenannten haploiden Zellen bei der Befruchtung eine Zelle mit dem vollständigen DNA-Komplement. Zusammengefügt wird die Zelle als diploid bezeichnet, zweimal oder doppelt. Zwei Hälften bilden ein Ganzes.

Von diesem Moment an haben fast alle Zellen in diesem Körper das gleiche Erbgut. Wenn der einzellige Embryo sein genetisches Material dupliziert, sind beide Zellen des jetzt zweizelligen Embryos genetisch identisch. Wenn sie ihr genetisches Material duplizieren, ist jede Zelle im Vier-Zellen-Stadium genetisch identisch. Dieses Muster setzt sich fort, so dass jede der Billionen Zellen bei einem Erwachsenen genetisch genau gleich ist – ob in einer Lunge oder einem Knochen oder im Blut.

Im Gegensatz dazu wurde Dolly durch den sogenannten somatischen Zellkerntransfer hergestellt. In diesem Prozess entfernen die Forscher das genetische Material aus einem Ei und ersetzen es durch den Kern einer anderen Körperzelle. Das resultierende Ei wird zu einer Fabrik zur Herstellung eines Embryos, der sich zu einem Nachwuchs entwickelt. Auf dem Bild ist kein Sperma zu sehen. Anstatt die Hälfte des genetischen Materials aus einem Sperma und die Hälfte aus einem Ei zu stammen, stammt alles aus einer einzigen Zelle. Es ist von Anfang an diploid.

Ein langer Forschungsweg führte zu Dolly

Dolly war der Höhepunkt von Hunderten von Klonversuchen, bei denen beispielsweise gezeigt wurde, dass diploide embryonale und fetale Zellen Eltern sein könnten Nachwuchs. Es gab jedoch keine Möglichkeit, alle Eigenschaften des Tieres, die sich aus einem geklonten Embryo oder Fötus ergeben würden, leicht zu erkennen. Die Forscher konnten einige der Zellen eines 16-Zell-Embryos einfrieren und gleichzeitig Klone aus den anderen Zellen produzieren. Wenn ein wünschenswertes Tier produziert wurde, konnten sie die gefrorenen Zellen auftauen und mehr Kopien machen. Dies war jedoch aufgrund der geringen Erfolgsraten unpraktisch.

Dolly zeigte, dass adulte Körperzellen auch als Eltern verwendet werden können. Auf diese Weise konnte man die Eigenschaften des geklonten Tieres kennen.

Nach meinen Berechnungen war Dolly der einzige Erfolg von 277 Versuchen zum Kerntransfer somatischer Zellen. Manchmal führt der Prozess des Klonens durch Kerntransfer somatischer Zellen immer noch zu abnormalen Embryonen, von denen die meisten absterben. Der Prozess hat sich jedoch erheblich verbessert, sodass die Erfolgsquote jetzt eher bei 10 Prozent liegt. Es ist jedoch sehr variabel, abhängig vom verwendeten Zelltyp und der Art.

Mehr als 10 verschiedene Zelltypen wurden erfolgreich als „Eltern“ für das Klonen verwendet. Heutzutage wird das meiste Klonen unter Verwendung von Zellen durchgeführt, die von erhalten wurden Biopsie der Haut.

Mehr als Gene einen Klon beeinflussen können

Genetik ist nur ein Teil der Geschichte. Auch wenn Klone genetisch identisch sind, sind ihre Phänotypen – die Eigenschaften, die sie ausdrücken – unterschiedlich .Es ist wie bei natürlich vorkommenden eineiigen Zwillingen: Sie teilen alle ihre Gene, sind sich aber nicht genau gleich, insbesondere wenn sie in unterschiedlichen Umgebungen aufgezogen werden.

Die Umwelt spielt für einige Merkmale eine große Rolle. Die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln kann das Gewicht beeinflussen. Krankheiten können das Wachstum bremsen. Diese Art von Lebensstil, Ernährung oder Krankheitseffekten kann beeinflussen, welche Gene in einem Individuum ein- oder ausgeschaltet werden. Diese werden als epigenetische Effekte bezeichnet. Obwohl das gesamte genetische Material in zwei identischen Klonen gleich sein kann, exprimieren sie möglicherweise nicht alle gleichen Gene.

Betrachten Sie die Praxis des Klonens gewinnender Rennpferde. Klone von Gewinnern sind manchmal auch Gewinner – aber meistens nicht. Dies liegt daran, dass Gewinner Ausreißer sind. Sie brauchen die richtige Genetik, aber auch die richtige Epigenetik und das richtige Umfeld, um dieses Gewinnpotential zu erreichen. Zum Beispiel kann man die Uterusbedingungen, die ein siegreiches Rennpferd als sich entwickelnder Fötus erlebte, niemals genau duplizieren. Das Klonen von Champions führt daher normalerweise zu Enttäuschungen. Auf der anderen Seite führt das Klonen eines Hengstes, der einen hohen Anteil an Pferden mit Rennsieg zeugt, sehr zuverlässig zu einem Klon, der ebenfalls Sieger zeugt. Dies ist eher eine genetische als eine phänotypische Situation.

Obwohl die Genetik zuverlässig ist, gibt es Aspekte des Klonierungsverfahrens, die bedeuten, dass die Epigenetik und die Umgebung nicht optimal sind. Zum Beispiel haben Spermien elegante Möglichkeiten, die von ihnen befruchteten Eier zu aktivieren, die sterben, wenn sie nicht richtig aktiviert werden. Beim Klonen wird die Aktivierung normalerweise durch einen starken elektrischen Schlag erreicht. Viele der Schritte des Klonierens und der anschließenden Embryonalentwicklung werden in Reagenzgläsern in Inkubatoren durchgeführt. Diese Bedingungen sind kein perfekter Ersatz für den weiblichen Fortpflanzungstrakt, wo normalerweise Befruchtung und frühe Embryonalentwicklung auftreten.

Manchmal entwickeln sich abnormale Feten, was zu Anomalien bei der Geburt führt. Der auffälligste abnormale Phänotyp einiger Klone wird als „Syndrom der großen Nachkommen“ bezeichnet, bei dem Kälber oder Lämmer 30 oder 40 Prozent größer als normal sind, was zu einer schwierigen Geburt führt. Die Probleme sind auf eine abnormale Plazenta zurückzuführen. Bei der Geburt sind diese Klone genetisch bedingt normal, aber übermäßig groß und tendenziell hyperinsulinämisch und hypoglykämisch. (Die Bedingungen normalisieren sich im Laufe der Zeit, sobald der Nachwuchs nicht mehr von der abnormalen Plazenta beeinflusst wird.)

Jüngste Verbesserungen bei den Klonierungsverfahren haben diese stark reduziert Anomalien, die auch bei der natürlichen Fortpflanzung auftreten, jedoch mit einer viel geringeren Inzidenz.

Weiter mit dem Klonen

Viele tausend geklonte Säugetiere wurden in fast zwei Dutzend Arten produziert. Nur sehr wenige davon betreffen die Praxis Anwendungen wie das Klonen eines berühmten Angus-Bullen namens Fina l Antworte (der kürzlich im Alter gestorben ist), um über das Sperma seines Klons qualitativ hochwertigere Rinder zu produzieren.

Aber die Klonforschungslandschaft ändert sich schnell. Die treibende Kraft für die Produktion von Dolly war nicht die Produktion genetisch identischer Tiere. Vielmehr möchten Forscher Klontechniken mit anderen Methoden kombinieren, um Tiere genetisch effizient zu verändern – viel schneller als herkömmliche Tierzuchtmethoden, bei denen Jahrzehnte erforderlich sind, um Veränderungen in Populationen von Arten wie Rindern vorzunehmen.

Ein aktuelles Beispiel ist Einführung des abgefragten Gens (ohne Hörner) in Milchvieh, wodurch die Notwendigkeit eines schmerzhaften Enthornungsprozesses entfällt. Eine noch auffälligere Anwendung war die Erzeugung eines Schweinestamms, der nicht mit dem sehr ansteckenden und schwächenden PRRS-Virus infiziert werden kann. Forscher haben sogar Rinder hergestellt, die keine Rinderwahnsinnskrankheit entwickeln können. Für jedes dieser Verfahren ist die Kerntransplantation somatischer Zellen ein wesentlicher Bestandteil des Prozesses.

Bisher waren die wissenschaftlichen Informationen und Erkenntnisse der wertvollste Beitrag dieser Experimente zur Kerntransplantation somatischer Zellen. Sie haben unser Verständnis der normalen und abnormalen Embryonalentwicklung verbessert, einschließlich Aspekten des Alterns und mehr. Diese Informationen tragen bereits dazu bei, Geburtsfehler zu reduzieren, Methoden zur Umgehung von Unfruchtbarkeit zu verbessern, Instrumente zur Bekämpfung bestimmter Krebsarten zu entwickeln und sogar einige der negativen Folgen des Alterns zu verringern – bei Nutztieren und sogar bei Menschen. Zwei Jahrzehnte nach Dolly entwickeln sich wichtige Anwendungen noch weiter.