Raphael wintrich - das klonen
Inhaltsverzeichnis
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1. Einleitung.....
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2. Grunlagen.....
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2.
1 Definition des Begriffs "Klon"......
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2.2 Die In-vitro-Fertilisation..
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2.3 Das Klonen von Genen ..
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2.4 Die Embryonalenwicklung bei Säugetieren.
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3. Die Methoden....
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3.1 Einleitung....
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.. 033.2 Erste Klonungsversuche...
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.. 033.3 Zellkerntransfer bei Fröschen...
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.... 033.4 Herstellung von Mäusen.
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.... 033.5 Megan und Morag.
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... 043.6 Dolly ..
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3.
3 Polly......
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.... 043.4 Die Roslin Technik.
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.. 043.5 Die Honolulu Technik...
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4. Die erste transgene Kuh....
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4.1 Die Klonung produktiverer Kühe....
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5. Projekt zur Klonung eines Mammuts.
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6. Geklonte Schweine....
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... 067. Versuch zur Rettung gefährdeter Arten..
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8. Das Klonen von Affen...
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8.1 Tetra.....
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.... 068.2 ANDi.
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9. Anwendungsgebiete des Klonens von Säugetieren...
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..... 07 9.
1 Anwendung in der Medizin......
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9.2 Herstellung von Proteinen.....
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.. 07
9.3 Xenotransplantation...
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... 08
9.4 Forschung..
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.... 08
9.5 Nutzen in der Landwirtschaft.
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9.4 Nutzen in der Industrie....
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9.5 Klonen von Haustieren...
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.... 09
10. Das Klonen von Menschen.
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... 09
10.1 Homosexuelle Väter..
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10.2 Unfruchtbarkeit...
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... 09
10.3 Therapeutisches Klonen..
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11. Schluss....
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1.
Einleitung Im Februar 1997 zog eine Reihe Schottischer Wissenschaftler des Roslin Institutes in Edinburgh eine weltweite Aufmerksamkeit auf sich. Mit der ersten erfolgreichen Klonierung eines Säugetieres aus einer erwachsenen Zelle lösten die Britten nicht nur Aufsehen und Erstaunen, sondern auch Erschrecken aus. Fragen, die sich die Menschen jetzt stellten, waren nicht nur Fragen nach der Technik und den Anwendungsgebieten des Klonens, sondern auch nach ethischen, moralischen und rechtlichen Grenzen die nun gesetzt werden müssten. Kurz nach der Pressemitteilung des Roslin Institutes beauftragte Bill Clinton, die NBAC in einem Brief da- mit, Untersuchungen über die ethischen Konsequenzen anzustellen. Wegen mangelndem Wissen über das Forschungsgebiet Klonen, kamen bald Zweifel und Ängste auf. Die Erschaffung identischer Lebewesen erschien der Bevölkerung unnatürlich.
Als Folge des Klonens von Dolly forderte das Europäische Parlament ein weltweites Verbot Menschen zu klonen..
2. Grundlagen
2.1. Definition des Begriffes ,,Klon" Der Ausdruck Klon kommt von dem griechischen Begriff ,,klon", welcher übersetzt ,,Zweig, Reis, Schössling" heißt.
Klone sind Nachkommenzellen, die durch ungeschlechtliche Fortpflanzung von einer einzigen Zelle rekonstruiert sind und genetisch mit dieser identisch sind. Alle Nachkommen eines Klons haben dieselben Gene und dieselben Erbeigenschaften. So sind eineiige Zwillinge, die durch Teilung einer einzigen befruchteten Eizelle entstehen, genetisch identisch, und somit auch Klone von einander. Neben den Prokaryonten vermehren sich auch viele andere einfach gebaute Lebewesen wie die meisten Algen und Hefearten, sowie höhere Organismen wie Plattwürmer und der Löwenzahn.
2.2.
Die In-vitro-Fertilisation Die In-vitro-Fertilisation, abgekürzt IVF, bedeutet wörtlich ,,Befruchtung im Glas". Die IVF stellt eine Reproduktionstechnologie dar, bei der Eizellen außerhalb des weiblichen Körpers befruchtet werden. Eine solche ,,künstliche Befruchtung" wird durchgeführt, wenn eine Befruchtung auf natürlichem Wege nicht möglich ist. Zunächst sorgt man dabei durch tägliche Hormongaben für die Reifung mehrerer Eizellen. Man entnimmt die Eizellen und legt sie in eine besondere Nährlösung. Man gibt gewaschene Samenflüssigkeit hinzu, und lässt sie einwirken.
Dann entnimmt man die Eizellen, bringt sie in ein anderes Nährmedium und untersucht sie etwa 40 Stunden später. Wenn sie befruchtet sind und sich normal entwickelt haben, überträgt man sie in den Uterus der Mutter.
2.3 Das Klonen von Genen Seit einiger Zeit ist es möglich, Gene oder Gengruppen in eine Einzelzelle einzuschleusen und dort durch Klonbildung dieser Zelle zu vermehren. Als Empfängerzelle wählt man dabei meistens eine Art mit asexueller Vermehrung, beispielsweise Bakterien oder Einzeller. Auf diese Weise erhält man Zellklone, deren Zellen alle die eingeschleuste Fremd-DNA enthalten.
Da sich z.B. Bakterien unter Laborbedingungen sehr schnell vermehren, lassen sich sehr viele Kopien des eingeschleusten Gens produzieren. In Bakterien eingeschleuste Gene werden zum Beispiel in der Medizin verwendet.
2.4.
Die frühe Embryonalenwicklung bei Säugetieren Die Eizelle ist etwa 0,2 mm groß. Die Befruchtung findet im Anfangsteil des Eileiters statt. Eizellen sind von einer Proteinschicht umgeben, der Zona pellucida. Nach dem Eindringen des Spermiums in die Eizelle, ändert sich die Struktur der Eimembran, und das Eindringen weiterer Spermien wird somit verhindert. Es bildet sich der männliche und weibliche Vorkern, mit jeweils einem Chromosomensatz, die kurz vor der ersten Zellteilung verschmelzen. Aus einer Zelle werden also zwei.
Die Tochterzellen, teilen sich erneut, so dass nun vier Zellen vorliegen, aus diesen werden acht usw. . Wenn der Embryo eine feste Zellmasse bildet, nennt man ihn, Morula. Aus der Morula wird bei den meisten Arten eine Hohlkugel, die Blastozyste. Bis zu diesem Zeitpunkt sind alle Zellen undifferenziert, das heißt jede einzelne besitzt die Fähigkeit, sich im Falle einer Trennung von den anderen Zellen als eigenständiger Embryo zu entwickeln. Bei den nun folgenden Teilungen differenzieren sich die einzelnen Zellen, sie verlieren die Möglichkeit sich eigenständig zu entwickeln und spezialisieren.
Durch dieses Differenzieren ist das Entstehen von Organismen überhaupt erst möglich. Nur durch Zellteilung und Spezialisierung kann sich die Zygote in ein bestimmtes Lebewesen entwickeln.
3. Die Methoden
3.1. EinleitungBereits Ende des 18.
Jahrhunderts wurden die Grundlagen für die spätere Klonforschung gelegt. 1875 beschreibt der deutsche Biologe Oskar Hertwig die Verschmelzung von Ei- und Samenzelle beim Seeigel, und gehört mit seinen Forschungen zu den Mitbegründern der Embryologie. 3 Jahre später befruchtet der Österreicher Samuel Schenk Eizellen von Meerschweinchen auf Gebärmutterschleim, und weitere 7 Jahre danach, entdeckt der Biologe Weismann, dass die genetischen Informationen einer Zelle bei Teilung reduziert werden. Seine These war, dass eine befruchtete Eizelle alle Informationen über ein Lebewesen trägt.
3.2 Erste Klonungsversuche Versuche, die man tatsächlich als Klonen bezeichnen kann, fanden aber erst Anfang des 20.
Jahrhunderts statt. Adolph Eduard Driesch schaffte mit seinen Forschungen an Meerestieren, im Besonderen an Seeigeln, die erste künstliche Klonung. Er trennte die Eier eines Seeigels in einer Flasche und ließ sie wachsen. Da er sich aber nicht erklären konnte, wieso aus den geteilten Eiern winzige Seeigel entstanden, gab er seine Forschungen auf. 1944 befruchteten die zwei Amerikaner John Rock und Miriam F. Menkin menschliche Eizellen.
6 Jahre zuvor hatte der bedeutende Biologe Hans Spemann vorgeschlagen, den Kern einer Froscheizelle zu entfernen und durch einen anderen Kern zu ersetzen. Seine Theorie bestätigten 1952 die amerikanischen Biologen Robert Briggs und Thomas J. King, allerdings ohne seine Forschungen gekannt zu haben. Sie vermehrten Frösche aus den Zellen einer Kaulquappe. Das Experiment schlug zwar fehl, Spemanns Idee hat sich aber trotzdem bestätigt.
3.
3 Zellkerntransfer bei Fröschen Nachdem Spemann 1962 mit seiner Behauptung, er habe aus Froschdarmzellen Frösche klonen können, auf große Skepsis gestoßen ist, entwickelt John Gurdon 1973 den Zellkerntransfer. Der Biologe von der Universität Cambridge, verpflanzt Zellkerne aus der Haut erwachsener Frösche in entkernte Froscheier. Obwohl die Tiere noch als Kaulquappen sterben, gilt das Experiment als Beweis dafür, dass Klonen aus Zellen erwachsener Tiere möglich ist. Damit war auch der Beweis erbracht, dass die Differenzierung von Zellen umkehrbar ist. Der Versuch war ein Erfolg, jedoch ergaben sich nun 2 Probleme. Zum einen haben sich die Kaulquappen nicht zu Fröschen entwickelt, zum anderen funktionierte das Experiment bisher nur bei Amphibien, und nicht bei sonstigen Tieren.
3.4 Herstellung von Mäusen 1977 sagte Karl Illmensee, er habe uniparentale Mäuse hergestellt, das heißt Mäuse mit nur einem Elternteil. Dies umfasst sowohl Mäuse ohne Mutter, sowie auch Mäuse ohne Vater. Illmensee ging folgende Weise vor.
Direkt nach der Befruchtung, bilden sich in der Eizelle Vorkerne, die jeweils einen, entweder mütterlichen oder väterlichen, Chromosomensatz beinhalten. Aus dem besamten Ei wird nun einer der Vorkerne entfernt, indem er mit einer Pipette herausgesaugt wird.
Daraus folgt, dass das Ei jetzt nur einen Chromosomensatz besitzt. Die Zygote wird über Nacht in einem Kulturmedium gehalten, welches das Pilzgift Cytochalasin B enthält. Cytochalasin B verhindert die Zellteilung und der Chromosomensatz im Ei entwickelt sich zu einem diploiden. Sobald dies geschehen ist, wird das Ei in ein normales Kulturmedium übertragen, wo es sich zum Blastozysten entwickeln kann. Auf diese Weise enthält das Ei nur das Erbmaterial eines Elternteiles, und das daraus entstehende Lebewesen, in diesem Fall Maus, stellt einen Klon des entsprechenden Elternteils dar. Das Experiment funktionierte sowohl für Vater- als auch Mutterlose Tiere.
Die Schafsklone vom Roslin Institute
3.5 Megan und Morag Im Juli 1995 erschufen die Wissenschafter des Roslin Institutes Ian Wilmut und Keith Campbell erfolgreich zwei Schafe, aus differenzierten Embryozellen, Megan und Morag. Die Idee Schafe zu klonen, kam dem schottischen Wissenschaftler im Rahmen seines Gen-Einschleusungs-Projekts. Wilmut hatte erkannt, dass die Einschleusung von Genen in Embryozellen sehr schwierig war. Nachdem er aber erfahren hatte, dass Steen Willadsen erfolgreich Kälber aus differenzierten Zellen geklont hatte, unternahm er selbst Versuche dieser Art, da er wusste, dass Manipulation von Genen im Labor einfacher war, als die von Embryozellen. Das Experiment gelang, nachdem Wilmut und Campbell auf die Idee gekommen waren die Zellzyklen zu synchronisieren.
Der gesamte Klonungsvorgang wurde als die Roslin Technik bezeichnet, und wird später im Detail erläutert.
3.6 Dolly Am fünften Juli 1996 kam dann das erste, aus einer erwachsenen Zelle entstandene Säugetier zur Welt. Dolly war aus einer vollkommen spezialisierten Drüsenzelle eines 6jährigen Finn Dorset Schafs geklont worden. Aus 277 erwachsenen Zellen entwickelten sich 29 zu Embryos, und von diesen 29 Embryos entwickelte sich nur einer weiter.Um die, kurz nach Dollys Entstehung aufgekommenen, Zweifel zu beseitigen, wurden DNA Vergleiche zwischen Dolly und ihrer Mutter angestellt, aus denen hervorging, dass das Erbmaterial beider Tiere identisch war.
Die Technik mit der Dolly geklont wurde, ähnelt sehr der Technik die bei der Erschaffung von Megan und Morag angewandt wurde.
3.7 Polly Genau ein Jahr später erschufen die zwei Wissenschaftler Polly. Das besondere an Polly war, dass sie aus Zellen entstand, die im Labor genetisch verändert wurden. Man hat einem Poll Dorset Schaf eine Hautzelle entnommen, und diese wurde mit einem menschlichen Gen versehen, welches das Schaf befähigt, in seiner Milch den menschlichen Blutgerinnungsfaktor X zu bilden, der von Menschen mit Haemophilia benötigt wird. Der größte Nutzen der sich in den Augen der Wissenschaftler dadurch ergab, war mit Sicherheit die Möglichkeit in Zukunft menschliche Proteine in Massen, und Organe, die bei Verpflanzungen nicht so leicht abgestoßen würden, herzustellen.
3.8 Die Roslin TechnikDie Roslin Methode, oder auch SCNT genannt, was die Abkürzung für ,,Somatic Cell Nuclear Transfer" ist, wurde vor allem durch das Klonen von Dolly bekannt
Voraussetzung für die Durchführung Wilmut und Campbell haben im Rahmen ihrer Forschungen entdeckt, dass die Eizelle sich direkt nach dem Eindringen des Spermiums zunächst mit der Koordination der neu erhaltenen DNA beschäftigt. Zudem hat Campbell geglaubt, dass Zellen, wenn sie sich verdoppeln, einem bestimmten Muster folgen, was das Überprüfen und verdoppeln ihrer DNA angeht. Außerdem haben sie erkannt, dass sich unbefruchtete Eizellen besser zu Klonversuchen eigenen als befruchtete, da unbefruchtete, nach der Entkernung, eher zur Aufnahme eines Fremden Zellkerns geeignet sind als befruchtete.
Durchführung Man entnimmt zunächst dem zu klonenden Schaf eine Zelle, in diesem Fall eine Euterzelle. Dann wird diese Zelle in einem Kulturmedium in-vitro-vermehrt, wobei dieser Schritt eigentlich nur bei genetischen Manipulationen der Spenderzelle von Bedeutung ist, da daran die Veränderungen des Erbmaterials studiert und überprüft werden können.
Danach wird eine dieser Zellen in ein nährstoffarmes Kulturmedium gelegt. Da die Zelle dadurch nur noch mit den zum Leben notwendigen Nährstoffen versorgt wird, schaltet sie nach und nach die aktiven Gene ab. Sobald nur noch die zum überleben notwendigen Gene aktiv sind, befindet sich die Zelle im G0-Stadium. Daraufhin wird einem anderen, oder auch dem selben, Schaf eine Eizelle entnommen und entkernt. Diese kernlose Oozyte legt man so dann für 1-8 Stunden direkt neben die ausgehungerte Spenderzelle, in das nährstoffarme Medium. Dann werden die beiden Zellen mit einem Elektroimpuls behandelt, was zum einen dazu führt, dass sie mit einander verschmelzen, und zum anderen die Entwicklung eines Embryos eingeleitet wird.
Diese Technik der Embryonalentwicklung ist nicht die optimalste, da dabei nur sehr wenige Zellen lange genug überleben, um sich zu einem Embryo zu entwickeln. Wenn aber ein Embryo überlebt, wird er in einem Schafs Eileiter ungefähr 6 Tage lang ausgebrütet. Es ist zwar auch möglich den Embryo künstlich im Labor auszubrüten, die Erfolgschancen sind im Eileiter jedoch höher. Schließlich wird der Embryo in den Uterus einer Leihmutter verpflanzt, wo er nach einer, für die Art üblichen, Zeit von 148 Tagen zur Welt kommt.
3.9 Die Honolulu Technik Im Juli 1998, verkündete ein hawaiianisches Team von Wissenschaftlern es habe 3 Generationen genetisch identischer Mäuse produziert.
Die Technik wurde von Teruhiko Wakayama und Ryuzo Yanagi-machi entwickelt.
Da sich bei Mäusen die Eizellen im Gegensatz zu Schafen direkt nach der Befruchtung anfangen zu teilen, galten diese Tiere zu diesem Zeitpunkt als die am schwersten zu klonenden Säugetiere. Trotz dieser Hürde schafften es die beiden Wissenschaftler ihre Vesuchsmäuse mit einer höheren Erfolgsquote zu klonen als die der zwei Schotten. 3 von 100 Versuchen waren erfolgreich im Vergleich zu 1 von 277 ein Jahr zuvor am Roslin Institut. Wakayama benutzte Nervenzellen, und Kumuluszellen als Spenderzellen. Der Vorteil dabei ist, dass die ersten beiden Zelltypen sich immer im G0-Stadium befinden.
Ähnlich wie in der Roslin Methode benutzen die Wissenschaftler unbefruchtete, entkernte Eizellen, um die Spenderzelle einzufügen. Der Unterschied dabei war, dass die Spenderzelle nicht extra in-vitro-gezüchtet wurde sondern innerhalb von Minuten direkt in die Eizelle übertragen wurde. Der zu klonende Zellkern wurde durch Mikroinjektion eingeschleust. Bevor diese Technik angewandt wurde starben die Eizellen 4 mal so oft, bereits nach der Injektion. Eine Stunde danach hatte die Oozyte ihren neuen Nukleus akzeptiert. Nach weiteren 5 Stunden, in denen sich die Chromosomen in der Zelle verdichtet hatten, erfolgte die chemische Aktivierung der Zellteilung mit Hilfe der Substanz Strontium.
Das chemische Kulturmedium beinhaltete außerdem Cytochalasin B, was zugleich die Bildung eines Polkörperchens verhinderte, welcher die Chromosomen sonst teilen würde. Danach entwickelte sich die Zygote zu einem Embryo, welcher von einer Leihmutter ausgetragen werden konnte. Nachdem sich Wakayamas Technik bewehrt hatte, produzierte er auch Klone von Klonen, und erlaubte auch anderen Klonen sich auf natürlichem Wege forzupflanzen, was insgesamt die Verlässlichkeit seiner Methode in Bezug auf das Funktionieren, sowie in Bezug auf den Gesundheitszustand seiner Versuchsobjekte, bewies. Mit Hilfe der Honolulu Technik, dem allgemeinen Wissensstand über das Genom der Maus, und der schnellen Reproduktionsfähigkeit, eröffneten sich Langzeitforschern neue Möglichkeiten.
4. Erste transgene Kuh So wurde im Januar auf der Universität von Massachusetts die erste transgene Kuh geklont.
Das Experiment stellt einen weiteren Schritt auf dem Weg zur gezielten Genmanipulation dar, mit dem Ziel die Produktion von menschlichen Proteinen zu vereinfachen.
4.1 Klonung produktiverer Kühe Im Dezember des gleichen Jahres klonten Japaner 8 Kälber aus den Zellen einer gesunden und produktiven Mutterkuh, wobei nur 10 entkernte Eizellen dazu verwendet wurden. 5 der entstandenen Tiere entstammen den Kernen von Eierstockzellen, 3 davon von Eileiterzellen. Insgesamt überlebten schließlich nur 4 Kälber, da die anderen 4 kurz nach der Geburt verstarben. Die japanischen Wissenschaftler versicherten aber, dass der Vorgang wiederholbar sei, und dass die Erfolgsquote dabei vergleichbar ist, mit der Erfolgsquote bei der In-vitro-Fertilisation beim Menschen.
In Zahlen ausgedrückt liegt der Erfolg mit der neuen Methode, wenn man Eierstockzellen benutzt bei 49%, wenn man Eileiterzellen benutzt bei 23%. Im Vergleich dazu hatte man bei der Dolly Methode Hunderte von Fehlversuchen, und einige amerikanische Wissenschaftler berichteten von Zahlen wie 12%, bei ihren Techniken.
5. Projekt zur Klonung eines Mammuts Im Oktober 1999 starteten Wissenschaftler aus den Niederlanden, Frankreich, Russland und aus den Vereinigten Staaten gemeinsam den Versuch einen Mammut aus einer, vor 23000 Jahren eingefrorenen Probe, zu klonen. Die Studie umfasst generell eine mögliche Klonung und die Einpflanzung eines daraus entstandenen Embryos in eine Elephantenkuh. Während das Projekt weiter fortgesetzt wird, glauben die Wissenschaftler eher nicht an die Wahrscheinlichkeit noch eine intakte Zelle zu finden, die sich für das Experiment eignen könnte.
6. Geklonte Schweine Im März 2000 wurde dann schließlich die vierte Art von Säugetieren geklont, und zugleich wohl auch das bedeutendste für die Forschung auf dem Gebiet der Organverpflanzungen. Nach Mäusen, Schafen und Rindern, wurden nun auch Schweine von Menschenhand geschaffen. 2 der 5 Schweine entstanden aus den Zellen einer Sau, die restlichen aus einer anderen. Die Mediziner erhoffen sich vom Klonen von Schweinen, durch genetische Manipulation, eines Tages Spender für ,,menschliche" Organe produzieren zu können.
Bislang wurden tierische Organe bei früheren zwischenartlichen Transplantationen immer entweder sofort, oder kurz danach abgestoßen.
Die einzigen funktionierenden Versuche diesbezüglich waren Ankoppelungen von Menschen an tierische Organe, die sich außerhalb des Körpers befanden. Im August des selben Jahres wurden weitere Erfolge bezüglich der Klonung von Schweinen verkündet, aus den Ergebnissen ging jedoch lediglich hervor, dass die Transplantations-Forschung mehr Hürden als erwartet noch zu bewältigen hat, bevor sie ihr Ziel erreicht.
7. Versuch zur Rettung gefährdeter Arten2 Monate später kamen Wissenschaftler auf die Idee eine gefährdete Art zu ret- ten. In dem Fall sollte es ein Gaur sein. Ein Gaur ist ein hochrückiges, südost-asiatisches Wildrind, und ist wegen seiner Ähnlichkeit zu Kühen gut für eine zwischenartliche Klonung geeignet.
Die DNA des Tieres wurde in die entkernte Eizelle einer Kuh in Iowa eingesetzt. Nachdem die Eizelle sich zu einem Embryo entwickelt hatte, wurde dieser von einer Leihmutterkuh ausgetragen. Die erfolgreiche Geburt des Tieres würde nicht nur die erste zwischenartliche Klonung darstellen, sondern auch einen weiteren Schritt in Richtung der Herstellung bereits ausgestorbener Tierarten. Im Januar 2001 kam es dann tatsächlich zu der Geburt des Gaurs. 2 Tage später ist das Tier jedoch an gewöhnlicher Ruhr, einer Krankheit, die landwirtschaftliche Tiere befällt, gestorben. In 5 anderen Leihmüttern, mit denen das Experiment durchgeführt wurde, kam es zu Spontanaborten.
Wissenschaftler glauben jedoch nicht, dass der durch Krankheit herbeigeführte Tod, als Folge der zwischenartlichen Klonung eingetreten ist.
8. Klonen von Affen
8.1 Tetra Es wurden zwar bereits Affen mit der Roslin Methode geklont, da die Erfolgsquote aber so gering war, ist dieses Thema erst im Januar 2000 wieder interessant geworden als Wissenschaftlern aus Oregon gelungen ist, mit der Embryo-Spaltungs-Methode den Klon eines weiblichen Rhesusaffen zu produzieren. Sie gingen dabei auf folgende Weise vor. Zunächst wurden das Ei einer Mutter und das Sperma eines Vaters dazu benutzt, eine befruchtete Eizelle herzustellen.
Dann, nachdem die Zygote zu einem 8-Zellen Embryo herangewachsen war, spalteten sie diesen in 4 gleich große Embryos, diesen in 4 gleich große Embryos, von denen jedes jeweils 2 Zellen enthielt. Schließlich wurden die Embryos in 4 verschiedene Leihmütter implantiert, und ausgetragen. Überlebt hat jedoch nur ein Tier, Tetra, was soviel heißt wie ,,eins von vier". Durch das Gelingen dieses Experiments erhofften sich die Wissenschaftler, wenn es erst mal möglich wäre Affen genetisch zu verändern, an Therapiemöglichkeiten für Krankheiten wie Alzheimer, besser forschen zu können als bisher an Mäusen, derer Physiologie sich sehr von der des Menschen unterscheidet.
8.2 ANDi Fast genau ein Jahr später gelang es Wissenschaftlern einen genetisch veränderten Affen herzustellen, ANDi.
Der Name leitet sich von der umgedrehten Abkürzung iDNA ab, welche für ,,inserted DNA" steht. Bei dem Vorgang fügten die Wissenschaftler ein Quallen-Gen ein. Das Quallen-Gen ist ein beliebtes Werkzeug zur Überprüfung ob eine genetische Veränderung stattgefunden hat. In diesem Fall hat man das Gen zuerst in Retroviren eingeschleust. Die Retroviren hat man dann Hunderte von unbefruchteten Eizellen befallen lassen, und somit das Gen in die DNA der Eizelle gebracht. Danach wurden die Eizellen mit Affen-Sperma befruchtet, und die daraus hervorgegangenen Embryos in Leihmütter eingepflanzt.
Die Erfolgsquote war in diesem Experiment, mit 1 von 222, sehr gering, und die Zukunft dieser Methode wurde von vielen Wissenschaftlern in Frage gestellt. Nicht zuletzt deswegen weil Retroviren eine bestimmte Kapazität besitzen, wodurch längere Gene, wie zum Beispiel das für Alzheimer, nicht auf diese Weise eingeschleust werden könnten. Des weiteren wurde versichert, dass man noch weit davon entfernt sei mit dieser Technik wirklich lebendige Affenklone herzustellen, und somit noch viel weiter davon entfernt Menschen genetisch zu manipulieren.
9. Anwendungsgebiete des Klonens von Säugetieren
9.1.
Anwendung in der Medizin Am Beispiel von Schaf Polly wurde gezeigt, dass die Manipulation der Gene von Säugetieren ein aussichtsreiches Forschungsgebiet ist. Das Schaf konnte, mit dem eingefügten Gen für die Produktion von Faktor X, beträchtliche Mengen des, für die Heilung der Krankheit Haemophilia benötigten, Proteins in seiner Milch herstellen. Die präzise Einschleusung oder Entfernung von Genen war zu der Zeit jedoch nur bei Mäusen möglich. Das eingeschleuste Gen befand sich nach der Prozedur oft nicht am richtigen Ort im Chromosom, an dem es funktionsfähig gewesen wäre. Experimente an Mäusen gelten jedoch nicht als besonders wirkungsvoll, da sich der Körper die Tiere sehr von dem der Menschen unterscheidet. Als im Juni 2000 die Wissenschaftler aus Schottland eine Methode für die präzise Genveränderung entwickelt hatten, eröffneten sich neue Möglichkeiten.
9.2 Herstellung von Proteinen Bei der Herstellung von Proteinen mit dieser Methode folgt man prinzipiell einem einfachen Gedanken. Man schleust die gewünschten Gene so in das Chromosom des Tieres ein, dass dieses das, vom entsprechenden Gen kodierte, Protein nach seiner Geburt in der Milch produzieren kann.
Transgene Säugetiere könnten dazu verwendet werden medizinisch nutzvolle Substanzen herzustellen wie beispielsweise: - HSA: das menschliche Serum Albumin wird von Notärzten zur Aufrechterhaltung des Blutkreislaufs verwendet, wenn jemand viel Blut verloren hat- AAT: Alpha-1-Antitrypsin, ein Proteinase Inhibitor gegen angeborene Lungenverschleimung - Faktor X: Blutgerinnungsfaktor gegen die Bluterkrankheit Haemophilia - Myelin Grundeiweiß: zur Behandlung von Multipler Sklerose 37
9.3. Xenotransplantation Ein weiteres Anwendungsgebiet, welches sich die Medizin von der Klonung von Säugetieren erhofft, ist die Xenotransplantation.
Dabei sollen tierische Organe in Notfällen in Menschen hinein verpflanzt werden. Wegen ihrem Körperbau und der Ähnlichkeit ihrer Organe zu den des Menschen, beispielsweise die Größe betreffend, eignen sich Schweine zu diesem Zweck am meisten. Der Nutzen der sich bei der Xenotransplantation ergeben würde, wäre der Bestand von Organen in Krankenhäusern. Das Problem, was die Wissenschaftler noch bewältigen müssen, ist jedoch die Abstoßungsreaktion.
9.4.
Forschung Was die medizinische Forschung betrifft, so stellt das Klonen genetisch veränderter Säugetiere, ein erstklassiges Werkzeug zur Untersuchung genetischer Krankheiten. Beispielsweise konnte mit der neuen Methode einem Schaf ein Gen eingefügt werden, welches, wenn defekt vorliegend, das genetische Leiden Osteogenesis Imperfekta hervorruft. Anhand diesem Experiment ist es möglich derartige Krankheiten an großen Säugetieren zu untersuchen.
9.5. Nutzen in der Landwirtschaft In der Nahrungsmittelindustrie eröffnen sich durch das Klonen von Säugetieren ebenfalls zahlreiche Möglichkeiten.
Die Klonung landwirtschaftlich zuverlässiger Tiere war ein wichtiger Schritt auf diesem Gebiet. Im September 2000 wurde ein bekannter Bulle, welcher sich hauptsächlich durch seine Gesundheit auszeichnete, kurz bevor er verstarb geklont. Das Sperma seines Vorgängers, Starbuck, wurde an 70 Länder verkauft. Nun erhofft sich die Nahrungsmittelindustrie ähnliche Produktivität von Starbuck 2. Ein weiterer Bulle wurde im Dezember selben Jahres geklont. Das Genmaterial hierfür war 15 Jahre lang eingefroren und stammte von einem Bullen Namens ,,Bull 86", welcher natürliche Resistenzen gegen Brucellose, Tuberkulose und Salmonellenbefall zeigte.
Sein jetziger Klon ,,Bull 86 Squared" weist die gleichen Resistenzen auf, und ist somit von großer Bedeutung für die Landwirtschaft, da Produkte die von Tieren seines Typs kommen, keine der erwähnten Krankheiten auf Menschen übertragen.Ein weiterer Nutzen ist mit Sicherheit die Bekämpfung von Krankheiten wie BSE in Rind, indem das sogenannte, dafür verantwortliche, prp-Gen entfernt werden würde. Schließlich kommt noch der Profit hinzu, der sich ergibt, wenn tierische Produkte, den Geschmack und die Allergieanfälligkeit betreffend, modifiziert werden. Kühe produzieren Milch die gut für Kälber ist, dagegen nicht für menschliche Babies. Wenn man aber durch gezielte genetische Veränderung der Kuh DNA, einen Kuhklon erzeugt, der Anstelle eines oder mehrerer bestimmter Kuhproteine, menschliche Proteine herstellt, dann würden sich auch Babies oder Allergiker problemlos davon ernähren können.
9.
6. Nutzen in der Industrie Die einzige zur Zeit denkbare Anwendung, die sich für die Industrie ergibt, ist die Produktion von industriell nutzbaren Substanzen in der Milch von Tieren. Auf diese Art eröffnet sich die Möglichkeit bestimmte Materialien günstig und zugleich in großen Mengen herzustellen. Die Firma Nexia Biotechnologies hat sich diese Idee zu Nutzen gezogen. Das Spinnen-Gen, welches für die Produktion von Spinnen-Seide verantwortlich ist, wurde Ziegen so eingeschleust, dass sie die Substanz in ihrer Milch produzieren können. Der Vorteil der sich hierbei bezüglich der Massenproduktion ergibt, ist, da Spinnen sich nicht so leicht züchten lassen wie Ziegen, und auch weniger produzieren.
Frühere Versuche Spinnen-Seide herzustellen sind gescheitert, da es sich als sehr schwer herausstellte sehr lange Proteine, wie sie in dem Fall vorliegen, zu produzieren. Das Material, das dann aus der Seide fabriziert wird, wird ,,BioSteel" genannt. BioSteel hat eine größere Zugfestigkeit als Stahl, und ist sehr leicht. Das heißt, es findet seine Anwendung auf Gebieten wo Stärke und Leichtigkeit gefragt sind. Hauptsächlich können BioSteel Fasern in 2 Bereichen verwendet werden. Zum einen in fortgeschrittenen industriellen Anwendungen, wie der Raumfahrt oder der Herstellung kugelsicherer Westen, und in der Fabrikation medizinischer Bauelemente, wie der Konstruktion von Wunden-Verschließungs-Mechanismen oder der Gewebe Manipulation.
9.7. Klonen von Haustieren Eine weitere Anwendung des Klonens wird wohl in nächster Zukunft die Klonung von Haustieren sein. Katzen oder Hunde hat man zwar bisher noch nicht geklont, Wissenschaftler sind jedoch zuversichtlich, dass dies schon in Kürze möglich sein wird. Im Februar 2000 wurde das ,,Missyplicity Project" gestartet. Der anonyme Besitzer eines Hundes Namens Missy hatte das Projekt, mit einem finanziellen Aufwand von 2,3 Millionen U.
S.Dollar, aus Liebe zu seinem Haustier, ins Leben gerufen. Direkt nachdem dies geschehen war, bekamen die Wissenschaftler, die an dem Projekt beteiligt sind viele weitere Anfragen, und beschlossen deswegen kommerziell zu werden. Preislich könnte es aber, bezogen auf ein Haustier, wenn der Vorgang erst mal zur Routine wird, mit dem Kauf eines Neuwagens vergleichbar sein. Im Augenblick bieten die Firmen, die auf diesem Gebiet tätig sind, lediglich die Möglichkeit, bis man technisch weit genug entwickelt ist, das Gewebe des Tieres für 1000$ - 2500$ eingefroren zu lagern.
10.
Das Klonen von Menschen Der nächste Schritt auf dem Gebiet des Klonens ist die Klonung von Menschen. Obwohl in den meisten industrialisierten Ländern ein Verbot herrscht Menschen zu klonen, werden von den Wissenschaftlern immer wieder Vorteile genannt, die sich aus dem Klonen von Menschen oder menschlicher Embryos ergeben.
10.1. Homosexuelle Väter Rein theoretisch betrachtet ist das Prinzip, wie 2 männliche Säugetiere mit Hilfe des Klonens ein gemeinsames Kind bekommen können, einfach. Man entkernt zunächst eine weibliche Eizelle, und fügt stattdessen den Kern einer männlichen Zelle ein.
Danach befruchtet man die Eizelle mit männlichem Sperma und erhält eine Zygote mit 2 männlichen Chromosomensätzen. Für den Fall dass die Zygote auf diese Weise keine 2 Y-Chromosomen enthält, ist nun die Entwicklung zu einem Lebewesen, in einer Leihmutter, theoretisch möglich. Es besteht jedoch ein grundlegendes Problem. Man hat schon vor einiger Zeit erkannt, dass während der Embryonalentwicklung im weiblichen Chromosomensatz zu anderen Zeitpunkten andere Gene aktiv sind, als beim männlichen. In langen Studien hat man herausgefunden, wie der komplizierte Mechanismus funktioniert, hat aber auch festgestellt wie wichtig die zeitlich und räumlich präzise Aktivierung, sowie die Deaktivierung der Gene, für eine korrekte Entwicklung ist. Das haargenaue An- und Ausschalten der Gene ist technisch noch sehr schwierig, weswegen die Erfolgreiche Durchführung eines solchen Vorhabens noch vermutlich ein paar Jahre in der Zukunft liegt.
10.2. Unfruchtbarkeit Noch bedeutender heutzutage ist das Problem der Unfruchtbarkeit. Bisherige Methoden, Zeugungsunfähigkeit zu heilen, hatten eine Erfolgsquote von weniger als 10 Prozent. Paare die trotzdem ein Kind wollen, müssen viel physischen und psychischen Schmerz ertragen, und viel Geld zahlen, nur um eine geringe Chance auf Nachwuchs zu haben. Mit Hilfe des Klonens könnte man dagegen auf bequemere Art und Weise Kinder erzeugen, indem man aus dem Zellkern eines der Elternteile einen Klon erschafft.
10.3. Therapeutisches Klonen Therapeutisches Klonen ist der Vorgang bei dem sogenannte embryonale Stammzellen (kurz: ES-Zellen), Zellen aus Embryos, die sich in der frühen Entstehungsphase befinden, geklonten Embryos entnommen werden, um zur Heilung von Krankheiten wie Leukämie, Herzleiden, Alzheimer oder Parkinson eingesetzt zu werden. ES-Zellen sind vollkommen undifferenzierte Zellen, und haben somit die Fähigkeit sich in jede beliebige Art von Gewebe zu entwickeln, beispielsweise Nerven- oder Blutzellen. 1998 haben Wissenschaftler gelernt, wie man ES-Zellen isoliert und vermehrt. Seitdem erhofft man sich, bald die Entwicklung von ES-Zellen steuern zu können, und diese dann in Patienten mit degenerativen Krankheiten, wie Herzleiden, einzupflanzen.
Ferner glaubt man, soll es in einigen Jahren möglich sein, aus ES-Zellen ganze Organe produzieren zu können zu können. Klonen von Embryos aus erwachsenen Zellen der Patienten, ist hierbei insofern notwendig, als dass durch die genetische Identität das produzierte Gewebe vom Empfänger auf keinen Fall abgestoßen wird. Beispielsweise würden Leukämie Patienten nicht auf einen passenden Knochenmarkspender angewiesen sein, sondern würden passendes Knochenmark aus den Stammzellen ihres eigenen Klones bekommen. Wissenschaftler behaupten, es bestünde die Möglichkeit aus sogenannten erwachsenen Stammzellen Gewebe zu produzieren, jedoch ist es nach heutigem Wissenstand unklar, ob diese Art von Stammzellen die gleiche Flexibilität besitzt wie ES-Zellen. Ethische Gruppen behaupten jedoch, dass Embryos, unabhängig davon wie früh sie sich in ihrer Entwicklung befinden, Leben darstellen und somit weder zu wissenschaftlichen noch zu medizinischen Zwecken ,,missbraucht" werden dürfen. Aus diesem Grund herrscht in einigen Ländern das Verbot, an Embryos zu forschen.
11. Schluss Spätestens nachdem das Roslin Institute verkündet hatte es habe Dolly geklont, wurden ethische Gruppen dazu angeregt, gegen das Verfahren zu protestieren. Der NBAC Bericht hat zwar mit seinem Aufruf, das Klonen von Menschen vorerst zu verbieten, einige der Gruppen zufriedengestellt, andere wiederum forderten nach noch mehr. Das Verbot Menschen zu klonen wurde von vielen Ländern akzeptiert, so unterzeichneten 19 Mitgliedsländer des Europäischen Parlaments das Verbot Menschen zu klonen, lehnten jedoch, das von einigen Gruppierungen verlangte Verbot Tiere zu klonen, einstimmig ab. Hauptargumente gegen das Menschliche Klonen waren in dem Fall die Risiken, die sich für die gesundheitliche Entwicklung des Kindes, mangels ausgereifter Technik, ergeben. Des weiteren ist die Klonung eines Kindes nur aufgrund des Wunsches bestimmter Ehepaare moralisch unvertretbar, da die Möglichkeit besteht, dass das Kind, durch das Wissen es sei eine Kopie, während der Erziehung psychische Schäden erleiden könnte.
Hinzu kommt die Tatsache, dass mit dem Klonen eines Kindes die, ethisch betrachtet wertvolle, menschliche Individualität entrückt. Der wichtigste Grund der gegen Klonungsexperimente an Tieren spricht, ist wohl zur Zeit die moralische Problematik, welche sich ergibt, wenn durch Manipulation der Gene und anschließendes Klonen, Tiere mit schweren Krankheiten produziert werden, um an ihnen besser Behandlungsmethoden erforschen zu können. Der Nutzen der sich aber durch das Klonen ergibt ist zu groß, um ein vollständiges Verbot des Klonens durchsetzen zu können.
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