Klonen: Von Molekularbiologie bis Therapeutische Anwendungen

Molekulares Klonen

Das molekulare Klonen wird in einer Vielzahl von biologischen Experimenten und praktischen Anwendungen eingesetzt, die von der Fingerabdruckanalyse bis zur Proteinproduktion im großen Maßstab reichen.

Um jede Sequenz in einem lebenden Organismus zu vervielfältigen, muss die zu klonende Sequenz mit einer Replikationsursprungssequenz verknüpft werden.

• Transfektion: Einführung der Sequenz in die Zellen.
• Selektion: Auswahl der Zellen, die erfolgreich mit der neuen DNA transfiziert wurden.

Zunächst muss die DNA von Interesse aus einem DNA-Segment geeigneter Größe isoliert werden. Anschließend folgt der Ligationsprozess, bei dem das amplifizierte Fragment in einen Klonierungsvektor eingefügt wird: Der Vektor wird linearisiert (falls er zirkulär ist) und mit Restriktionsenzymen geschnitten. Danach wird er unter geeigneten Bedingungen mit dem DNA-Fragment von Interesse und dem Enzym DNA-Ligase inkubiert.

Nach der Ligation des Vektors mit dem Insert von Interesse erfolgt die Transfektion in Zellen. Zu diesem Zweck werden die Zellen in Kultur gebracht. Dies ist ein entscheidender Schritt, da hierbei überprüft wird, ob die Zellen erfolgreich transfiziert wurden.

Daher müssen die transfizierten Zellen identifiziert werden. Moderne Klonierungsvektoren verfügen über Marker wie Antibiotikaresistenz, die es nur den transfizierten Zellen ermöglichen zu wachsen. Es gibt auch Klonierungsvektoren, die ein Blau-Weiß-Screening ermöglichen. Die Untersuchung der Kolonien ist notwendig, um zu bestätigen, dass das Klonen erfolgreich war.

Zellklonen

Klonen ist die Erzeugung einer Zelle oder einer Gruppe von Zellen aus einer einzigen Zelle. Bei einzelligen Organismen wie Bakterien und Hefen ist dieser Prozess sehr einfach und erfordert lediglich die Beimpfung mit geeigneten Nährmedien.

Bei kultivierten Zellen von mehrzelligen Organismen ist das Zellklonen jedoch eine schwierigere Aufgabe, da diese Zellen sehr spezifische Umweltbedingungen benötigen.

Eine nützliche Technik der Gewebekultur zur Klonierung verschiedener Zelllinien ist die Anwendung von Klonierungsringen (Zylindern).

Bei dieser Technik wird eine Gruppe von Zellen, die mutagenen Agenzien oder Medikamenten ausgesetzt wurden, um die Selektion zu erleichtern, in starker Verdünnung platziert. Dies ermöglicht die Bildung isolierter Kolonien, die jeweils aus einer einzigen Zelle bestehen und potenziell klonal sind.

In der ersten Wachstumsphase, wenn die Kolonien nur wenige Zellen enthalten, werden sterile Polystyrolringe, die mit Fett getränkt sind, auf eine einzelne Kolonie aufgesetzt und mit einer kleinen Menge Trypsin behandelt.

Die Zellen werden im Ring gesammelt und in einen neuen Behälter überführt, um ihr Wachstum fortzusetzen.

Therapeutisches Klonen

Therapeutisches Klonen dient medizinischen Zwecken und beinhaltet die Gewinnung von Stammzellen vom zu behandelnden Patienten. Der Prozess umfasst:

1. Entnahme einer somatischen Zelle vom Patienten.
2. Isolierung des Zellkerns mit den Chromosomen; der Rest der Zelle wird verworfen.
3. Gewinnung einer unbefruchteten Eizelle.
4. Entnahme des Kerns aus der Eizelle.
5. Einbringen des isolierten Zellkerns der somatischen Zelle in die kernlose Eizelle.
6. Stimulation des Eis zur Zellteilung, wodurch ein geklonter Embryo entsteht.

Dieser Embryo ist ein Klon des zu behandelnden Patienten. Der Embryo wird bis zur Blastozysten-Phase entwickelt.

In dieser Phase werden die Stammzellen aus der embryonalen Zellmasse gewonnen. Diese Stammzellen haben die gleiche DNA wie der Patient und führen daher bei der Injektion nicht zu Abstoßungsreaktionen.

Ein bekanntes Beispiel für diese Art des Klonens ist das Klonen des Schafs Dolly (5. Juli 1996 - 14. Februar 2003).

Klonen für die Stammzellenforschung

Der somatische Zellkerntransfer kann auch zur Erzeugung eines geklonten Embryos verwendet werden. Das Ziel ist nicht, Menschen zu klonen, sondern (wie bereits erwähnt) Stammzellen zu gewinnen, die zur Untersuchung der menschlichen Entwicklung und zur Erforschung von Krankheiten eingesetzt werden können.

Klonen natürlich vorkommender Organismen

Das Klonen eines Organismus bedeutet die Erzeugung einer neuen Entität mit der gleichen Erbinformation wie eine bestehende Zelle. Es ist eine Form der ungeschlechtlichen Fortpflanzung, bei der keine Befruchtung stattfindet. Insgesamt ist nur ein Elternteil beteiligt. Diese Fortpflanzungsform ist bei Organismen wie Amöben und anderen einzelligen Lebewesen üblich. Auch die meisten Pflanzen und Pilze vermehren sich ungeschlechtlich.

Dazu gehört auch die natürliche oder künstliche Entstehung von eineiigen Zwillingen. Die natürliche Form gilt als spontane Veränderung während der Embryonalentwicklung. Die künstliche Methode beinhaltet die Trennung durch Manipulation der Blastomeren, was durch Behandlung mit Trypsin in Ca²⁺-haltigem Medium oder manuell aus der Blastozyste erfolgt (häufig bei Rindern).

Klonen von Menschen

Das Klonen von Menschen ist die Schaffung einer genetisch identischen Kopie eines existierenden oder ehemaligen Menschen. Es gibt verschiedene Arten des Klonens von Menschen:

• Therapeutisches Klonen (Andropatrisches Klonen): Klonierung von Zellen eines erwachsenen Menschen für medizinische Zwecke.
• Reproduktives Klonen: Vollständiges Klonen eines menschlichen Wesens. Diese Art des Klonens wurde bisher nicht am Menschen durchgeführt.
• Hydroplasmotisches Klonen: Klonen von Menschen im Zusammenhang mit Wasserkraftmechanismen (dieser Begriff ist unklar und möglicherweise fehlerhaft).
• Ersatzklonen: Eine Kombination aus reproduktivem und therapeutischem Klonen, bei der ein Teil eines menschlichen Gewebes oder Organs für Transplantationszwecke geklont wird.

Im Januar 2008 wurde bekannt, dass 5 menschliche Embryonen durch die DNA von Hautzellen Erwachsener geschaffen wurden, um eine lebensfähige Quelle für Stammzellen zu erhalten. Dies geschah unter Verwendung der gleichen Technik wie beim Schaf Dolly. Wissenschaftler der kalifornischen Firma Stemagen Corporation, unter der Leitung von Andrew French, verwendeten Hautzellen von zwei erwachsenen Männern und Eizellen von drei jungen Frauen. Einer der Hautspender war Samuel Wood, Geschäftsführer des Unternehmens. Er wies jedoch darauf hin, dass die Embryonen aus ethischen und rechtlichen Gründen zerstört wurden.

Der Zweck des Klonens von Menschen war und ist nicht die Forschung am Klonen von Menschen oder die Schaffung von Babys. Die Forschung zielt darauf ab, Stammzellen zur Heilung von Krankheiten zu gewinnen.

Die Ergebnisse von Forschungsarbeiten zum Klonen von Tieren und Menschen zur Gewinnung von Stammzellen sind veröffentlicht und weltweit zugänglich.

Personen, die an solchen Forschungen beteiligt sind, arbeiten in der Regel nicht für Universitäten, Krankenhäuser oder staatliche Institutionen. Die weltweite wissenschaftliche Gemeinschaft lehnt entschieden jeden Vorschlag zum Klonen eines Babys ab.

Laut John Kilner, Präsident des Center for Bioethics and Human Dignity in den USA, sind die meisten veröffentlichten Forschungsergebnisse, die beim Klonen von Säugetieren zu Tod oder Missbildung des Klons führen.

Niemand weiß genau, wie viele Versuche zum Klonen von Menschen tatsächlich unternommen wurden. Im April 2002 äußerte der italienische Wissenschaftler Dr. Severino Antinori gegenüber einem Reporter, dass drei Frauen mit einem geklonten Embryo schwanger seien. Er hat diese Aussage nie bestätigt oder widerlegt. Ob wahr oder nicht, es erweckte den Eindruck, dass Antinori beabsichtigte, in naher Zukunft ein menschliches Baby zu klonen.

Ärzte schätzen die Gefahr des Klonens von Menschen als sehr hoch ein.

Kilner sagt: "Dem Klonen von Menschen nachzugeben bedeutet nicht, ein unbekanntes Risiko einzugehen, sondern bewusst Menschen zu verletzen."

Die meisten Wissenschaftler teilen diese Meinung. Die überwiegende Mehrheit der Versuche, Tierembryonen zu klonen, führte zu Fehlbildungen oder Aborten nach der Implantation. Es wird argumentiert, dass die wenigen geklonten Tiere fehlerhaft geboren werden und durch Analysen oder Tests während der Schwangerschaft nicht nachweisbar sind, wie z. B. Lungenprobleme.

1996 wurde das Schaf Dolly geklont. Es war das erste geklonte Säugetier, das aus der DNA eines erwachsenen Tieres statt aus der DNA eines Embryos gewonnen wurde. Obwohl Dolly ein gesundes Aussehen hatte, gab es Zweifel, ob sie nicht schneller altern würde als ein normales Schaf. Darüber hinaus waren 277 Embryonen notwendig, um diese Geburt zu ermöglichen.