Ein Kuscheltier aus dem Genlabor

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Die Welt ist voller Rätsel
Die Sankore Schriften

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Manche Leute finden Kolibris ganz putzig. OK, sie sehn ganz niedlich aus. Aber zum Knuddeln eignet sich das Mammut mit seiner drei Zentimeter dicken Wollhaut und seinen zwei Meter lange Haaren viel besser. Ein richtiges Kuscheltier also. Und da es ein bisschen größer als ein Kolibri ist, wird es ein Spaß für die ganze Familie. Einziges Problem: Das Mammut ist in Europa vor zehntausend Jahren ausgestorben. Deshalb wollen der japanische Wissenschaftler Akia Iritani Kinki von der Universität in Osaka und ein Team von russischen Forschern eins klonen. Die DNA des Mammuts wollen sie aus dem Kadaver eines Mammuts, der seit vielen tausend Jahren im sibirischen Permafrost lag, gewinnen.

Abb.: Nachbildung eines Wollhaarmammuts (Mammuthus primigenius)

Die Probleme mit fossiler DNA

Hier stoßen wir bereits auf das erste Problem: Normalerweise enthalten Fossilien nur einen Bruchteil der DNA, die ursprünglich vorhanden war. Eine weitere Schwierigkeit ist die Länge fossiler DNA-Stücke. Während sich aus frischem Gewebe ohne große Probleme DNA-Stücke von 10.000 Basenpaaren (bp) und mehr vervielfältigen lassen, ist bei fossiler DNA schon eine Länge von 500 bp selten, und häufig enthalten Fossilien lediglich Stücke, die nur 100 bp lang sind. Für das Klonen ist es zusätzlich wichtig einen intakten Zellkern mit allem Drum und Dran zu haben und nicht nur DNA-Bruchstücke.

Was gibt den Forschern also Anlass zu Optimismus? Es ist die Tatsache, dass 2008 eine Maus aus Mauszellen geklont wurde die 16 Jahre ohne Gefrierschutz tiefgefroren waren [1]. Allerdings ist eine Tiefkühltruhe nicht das gleiche wie tausend Jahre unter Luftabschluss im Eis zu liegen. Denn dabei dringen Mineralien in die Zellen des Mammut-Kadavers ein und verkalken und zerreißen sie. Ein weiteres Problem ist die Kontamination mit fremder DNA: Bakterien und Pilze befallen den Mammutkadaver. Deren DNA vermischt sich mit der des Mammuts. Das macht es schwer zu bestimmen, ob eine DNA vom Mammut oder von einem Bakterium stammt.

Die Technik des somatischen Klonens

Nehmen wir an, wir bekommen nun tatsächlich den intakten Zellkern einer Mammutzelle. Wie geht es dann weiter? Aus den quasi tiefgefrorenen Mammutzellen werden die Wissenschaftler die Zellkerne entfernen und sie in die entkernten Eizellen seines nächsten Verwandten, des asiatischen Elefanten, einbringen.

Vor dem Einpflanzen muss aber erstmal außerhalb des Elefantenkörpers in dieser Eizelle das Programm für die Embryonalentwicklung angeschaltet werden, damit sich aus der Eizelle ein Tier entwickelt. Normalerweise wird dieses Programm durch das eindringende Spermium angeschaltet. Beim Klonen wird die Aktivierung künstlich durch elektrische Impulse oder bestimmte Chemikalien, die den Kalziumhaushalt im Zytoplasma der Eizelle beeinflussen, ausgelöst. Eine weitere Bedingung, die erfüllt werden muss, um das Programm zu starten: Die Eizelle muss diploid sein, also zwei Chromosomensätze haben. Sonst könnte man ja gleich mit der unbefruchteten Eizelle Klone herstellen.

Da es sich um den Zellkern einer somatischen Zelle handelt, läuft in ihm das genetische Programm einer fertig differenzierten Zelle. Die Eizelle muss dieses genetische Programm nun löschen und den fremden Zellkern neu programmieren. Diese Umprogrammierung geschieht durch epigenetische Mechanismen, die Methylierungsmuster spezifischer Gene und die Histonproteine durch Carboxylierungen und/oder Acetylierungen verändern.

Die zusätzliche Schwierigkeit hier: Es handelt sich um ein artfremdes Genom. Eine Voraussetzung für erfolgreiches somatisches Klonen ist, dass Spenderkern und Eizelle aus der gleichen Spezies oder zumindest aus sehr nah verwandten Spezies stammen. Sind Mammut und Elefant nah genug verwandt für das somatische Klonen?  Die Mammuts spalteten sich vor etwa 6,5 Millionen Jahren von den asiatischen Elefanten ab, eine lange Zeit, in der sich die Genome der beiden Arten auseinanderentwickeln konnten. Um das festzustellen, müssen wir uns die DNA-Sequenzen von Mammut und Elefant anschauen.

Da ist es hilfreich das das Mammutgenom bereits zu 70% sequenziert wurde [2] und mit dem vollständig sequenzierten Elefantengenom verglichen werden kann. Die DNA-Sequenzen des Wollhaarmammuts (Mammuthus primigenius) und des afrikanischen Elefanten (Loxodonta africana) stimmen zu 98,5% überein. Das Genom des asiatischen Elefanten ist noch nicht sequenziert worden. Dazu ein interessanter Vergleich: Mensch und Schimpanse trennten sich vor etwa 5-7 Millionen Jahren. Trotzdem sind Mensch und Schimpanse auf genetischer Ebene zu etwa 98,5% identisch. Doch selbst das heißt nichts, denn trotz dieser hohen genetischen Ähnlichkeit unterscheiden sich Schimpanse und Mensch nicht nur beträchtlich in ihrer Gestalt, sondern auch in ihren kognitiven und kulturellen Leistungen. Das bedeutet aber auch, dass die Unterschiede zwischen Mensch und Schimpanse weniger auf den Neuerwerb von Genen, sondern eher auf Mutationen, Verlust und Duplikation bestehender Gene sowie auf Veränderungen in der Genregulation in der Embryonalentwicklung zurückzuführen sind. Zwei Indizen dafür, dass es mit dem Klonen des Mammuts dennoch klappen könnte, sind das Klonen der pyränischen Ziege (Capra pyrenaica pyrenaica), die im Jahr 2000 ausgestorben war [3] und die Geburt sardischer Mufflons, die vom Aussterben bedroht sind, nach Übertragung geklonter Embryonen in Hausschafe [4].

Die Elefanteneizelle mit Mammutgenom wird dann in die Gebärmutter einer Elefantenkuh eingepflanzt. Dann heißt es warten, denn die Schwangerschaft dauert – wenn es alles klappt – vermutlich zwei Jahre. Das hört sich so recht einfach an – ist es aber nicht: Erstmal muss man an die Elefanteneizelle in den Eierstöcken kommen. Dazu muss man einen mehr als einen Meter langen Kanal von der Scheide bis zur Gebärmutter der Elefantenkuh überwinden. Somit auch ein großes Hindernis für die Einpflanzung der Eizelle.

Wie erfolgreich ist das somatische Klonen?

Nach den geschilderten Schwierigkeiten überrascht es vielleicht, dass bereits über ein Dutzend Säugetierarten somatisch geklont wurden: Rind, Schaf, Ziege, Schwein, Maultier, Pferd, Katze, Maus, Kaninchen, Ratte, Frettchen, Büffel, Kamel, Hund, Wolf. Wobei die durchschnittlichen Erfolgsraten mit 1–3% lebensfähigen Nachkommen noch niedrig sind. Von diesen 1-3%  sind die meisten Neugeborenen aber gesund und entwickeln sich nach der Geburt normal weiter [5], [6].

Fazit

Die Idee, ein bereits ausgestorbenes Tier somatisch zu klonen, ist faszinierend und wäre sicherlich die Krönung der EvoDevo-Forschung. Ich denke aber, dass sich die Idee wegen der großen praktischen Schwierigkeiten in naher Zukunft nicht realisieren lässt. Allerdings ist bereits 2004 in Großbritannien ein Projekt zum Conversation Cloning gestartet worden, das zum Ziel hat, den genetischen Code von gefährdeten Tierarten für die Zukunft aufzubewahren. Die “Gefrorene Arche” wird DNA von Säugetieren, Vögeln, Insekten und Reptilien, die vom Aussterben bedroht sind, sammeln. Wer sich für Conversation Cloning interessiert sollte den folgenden Artikel lesen: „Mammalian reproduction out of cryopreserved cells and tissues: current state of the art and future options

Weiterführende Literatur

[1] Wakayama S, Ohta H, Hikichi T, Mizutani E, Iwaki T, Kanagawa O, Wakayama T (2008) Production of healthy cloned mice from bodies frozen at -20 degrees C for 16 years. Proc Natl Acad Sci U S A. 105, (45), 17318-17322.

[2] Miller W, Drautz DI, Ratan A, Pusey B, Qi J, Lesk AM, Tomsho LP, Packard MD, Zhao F, Sher A, Tikhonov A, Raney B, Patterson N, Lindblad-Toh K, Lander ES, Knight JR, Irzyk GP, Fredrikson KM, Harkins TT, Sheridan S, Pringle T, Schuster SC. (2008) Sequencing the nuclear genome of the extinct woolly mammoth. Nature, 456, (7220), 387-390.

[3] Piña-Aguilar RE, Lopez-Saucedo J, Sheffield R, Ruiz-Galaz LI, Barroso-Padilla Jde J, Gutiérrez-Gutiérrez A. (2009) Revival of extinct species using nuclear transfer: hope for the mammoth, true for the Pyrenean ibex, but is it time for “conservation cloning”? Cloning Stem Cells, (3), 341-346.

[4] Loi P, Ptak G, Barboni B, Fulka J Jr, Cappai P, Clinton M. (2001) Genetic rescue of an endangered mammal by cross-species nuclear transfer using post-mortem somatic cells Nat Biotechnol., 19, (10), 962-964.

[5] J. B. Cibelli, K. H. Campbell, G. E. Seidel, M. D. West, R. P. Lanza (2002) The
health profile of cloned animals, Nature Biotechnology, 20, 13–14.

[6] Panarace M, Agüero JI, Garrote M, Jauregui G, Segovia A, Cané L, Gutiérrez J, Marfil M, Rigali F, Pugliese M, Young S, Lagioia J, Garnil C, Forte Pontes JE, Ereno Junio JC, Mower S, Medina M. (2007) How healthy are clones and their progeny: 5 years of field experience. Theriogenology, 67, (1), 142-151.

J. Saragusty, R. Hermes, F. Göritz, T. B. Hildebrandt (2011) Mammalian reproduction out of cryopreserved cells and tissues: current state of the art and future options International Zoo Yearbook., 45, (1), 133-153.

Bildnachweis

Abb.: Nachbildung eines Wollhaarmammuts (Mammuthus primigenius)

Nachbildung eines Mammuts im tschechischen Zoo Dvůr Králové

Autor: Mistvan

Datum: 23. 7. 2007

Quelle: Wikimedia Commons

Lizenz

Miller W, Drautz DI, Ratan A, Pusey B, Qi J, Lesk AM, Tomsho LP, Packard MD, Zhao F, Sher A, Tikhonov A, Raney B, Patterson N, Lindblad-Toh K, Lander ES, Knight JR, Irzyk GP, Fredrikson KM, Harkins TT, Sheridan S, Pringle T, & Schuster SC (2008). Sequencing the nuclear genome of the extinct woolly mammoth. Nature, 456 (7220), 387-90 PMID: 19020620

Veröffentlicht von

Joe Dramiga ist Neurogenetiker und hat Biologie an der Universität Köln und am King’s College London studiert. In seiner Doktorarbeit beschäftigte er sich mit der Genexpression in einem Mausmodell für die Frontotemporale Demenz. Die Frontotemporale Demenz ist eine Erkrankung des Gehirns, die sowohl Ähnlichkeit mit Alzheimer als auch mit Parkinson hat. Kontakt: jdramiga [at] googlemail [dot] com

4 Kommentare

  1. Nehmen wir an es würde klappen. Was dann? Würde die Elefantenkuh das Tier nach der Geburt annehmen? Wie ist es später in der Herde? Dürfte es in der Herde bleiben? Was wenn es ausgestoßen wird? Was soll das Mammut so allein mit sich. Was ist mit dem Immunsystem? Käme es mit der heutigen Umwelt und den Krankheiten klar?

    Ich finde das alles sehr riskant. Besser wir lassen da die Finger von.

  2. Hallo Joe,

    Damit hast Du ja genau meinen Nerv getroffen. Ein hervorragender Artikel!
    Tatsächlich sehe ich in den geringen Erfolgsaussichten des Klonens ein sehr großes Problem solcher Aktionen und ein Haultargument, weshalb die Technik sich nicht zur Massenproduktion von Klonfleisch eignet.

  3. @ Martin

    Ich glaube schon, dass die Elefantenkuh nach der Geburt das Mammutkind annehmen würde. Ebenso glaube ich, dass das Mammut nicht aus der Herde ausgestoßen würde. Ich vermute das, weil man in der Natur und bei Haustieren manchmal beobachten kann, das artfremde Tiere “adoptiert” werden. Das Mammut so allein ohne Artgenossen, das ist natürlich ein Problem und ich denke es fühlt sich im kalten Sibirien ganz wohl während diese Umgebung für den Elefanten ein No-Go ist. Das Immunsystem des Mammuts steht natürlich vor großen Herausforderungen,denn in den letzten tausend Jahren sind natürlich einige neue Krankheitserreger hinzugekommen.

  4. @ Sören

    Danke für dein Kompliment. An Fleischproduktion hatte ich allerdings noch gar nicht gedacht. What next? Pelzmäntel aus Mammutfell, Elfenbein aus denn Stosszähnen von Mammuts…..

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