Handouts

 

 

Ebenhan, Thomas: Cloning

 

 

 

 

Cloning and nuclear Transfer

  1.           Allgemeines

  2.           Was heißt eigentlich....?

  3.           Cloning das Prinzip

  4.           Anwendungen...

 

Wie ist Dolly entstanden?

                                   Mensch & Tier (med. Möglichkeiten)

                                   Tierproduktion

 

5.          Zukunftsmusik und wirtschaftliche Bedeutung

 

 

 

 

 

Umfrage:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Was wissen Sie über's Klonen ?

44%  wußten Bescheid, nicht aber über aktuelle wissenschaftliche Diskusisonen

30%  glaubten, es hat etwas mit Genforschung bzw. mit künst.Befruchtung zu tun

4%  verbanden es mit etwas Übersinnlichem, daß Zeit und Raum aufheben könne

20%  sagten, daß sie davon keine Ahnung haben

interessante Randbemerkung:

    nur 2% der Abiturienten sind für^’s Klonen am Menschen

    8% der Hauptschüler hatten nichts dagegen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Was heißt eigentlich....

...Cloning ?

(engl. für Klonung)

Oberbegriff für die Bildung eines Klons von Organismen (bezgl. Pflanzen & Tieren) eines ausgewählten Individums durch Vermehrung auf(un)geschlechtlichem Wege

Molekularbiologische Definition:

Vermehrung von DNS Stücken, d.h. von Genen, durch den Einbau in die Plasmide von Bakterien.

...Klon ?

Organismen oder Zellen, die alle von einem einzigen Vorfahren abstammen, d.h. alle den gleichen Genotyp haben (Genotyp ist die genetische Ausstattung )

...nuclear transfer ?

(engl. für Kerntransplantation)

beschreibt das Einbringen eines ausdifferenzierten, somatischen Kerns in eine isolierte, entkernte Eihülle desselben Individums. Die so transferierten Kerne geben der Zelle Embyonalfunktionen zurück (Totipotenz der Zelle)

Prinzipiell ist Klonen demzufolge der Ersatz der Zellkerne in befruchteten Eizellen durch Zellkerne aus Körperzellen eines anderen Tierembryos

(• Frösche)

 

 

 

 

 

Prinzip des Klonens aus tierexperimenteller Sicht

 

 

 

Eizelle vom Kern befreien  =>        übrig bleiben die Eihülle mit dem darin enthaltenen Cytoplasma

Die Zelle gleicht jetzt einem technischen Gerät ohne Bauanleitung!

Diese Bauanleitung wird durch einen Zellkern aus einer adulten Körperzelle oder Embryonalzelle wieder bereitgestellt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Problem:

Die Zellzyclen von entkernter Eihülle und Körperzellkem befinden sich in unterschiedliche Phasen und müssen zuvor aufeinander abgestimmt werden.

Der Körperzellkem (KZK) hatte vor seiner Entnahme Spezialaufgaben zu bewältigen

(Insulinproduktion...).

Er soll jetzt aber wieder embryonale Aufgaben steuern (hohe Teilungsrate).

Lösung:

Roslin Institut (Jan Wilmut)

„Die Zelle muß irgendwie in ihren Urzustand zurück!"

 

Er setzte die Zellen auf Diät (nur 0.5% Kälberserum statt 10% im Kulturmedium). Die Zellen hatten durch den „Nahrungsmangel" ihre Spezialaufgaben vergessen, sie waren dadurch scheinbar verjüngt worden.(nach Wilmut)

Die Eizelle kann auch nur zu dem Zeitpunkt entkernt werden, wenn sie eigentlich auf das Spermium wartet, d.h. alle Vorbereitungen zur Fusion abgeschlossen hat.

 

Der Kern wird herausgesaugt und statt eines Spermiums wird ein KZK eingeschleust. Durch einen elektr. Impuls werden die Komponenten fusioniert und zur Teilung angeregt. Danach wird dieses Konstrukt in eine scheinträchtige Wirtsmutter eingepflanzt, die den Embryo austrägt.

 

 

 

 

 

 

Bedeutung und Anwendungen

1. vielfältig und 2. verführerisch

Schlagworte

Klonen bei Mensch/Tier

Xenotransplantationen

Gewebezüchtung / Organreproduktion

Medizinisches Klonen

Zelltheraphie

Medikamentenforschung

„Bloß nicht sterben"

Wirtschaftliches Klonen

Pharmaka

Transgene Tiere

Züchtungfragen / Ertragssteigerungen

Nahrungsmittelverbesserungen

viel viel Zukunftsmusik

Artenschützendes Klonen

Pandabären...

Vielleicht auch den Blauwal !!

Klonen hat in der letzten Zeit eine wahnsinnige Entwicklung genommen.

Fortschritte auf diesem Gebiet entwickeln wie ein Lauffeuer, es ist bemerkenswert, was für

Möglichkeiten sich auftun, es ist aber ebenso erschreckend, welche Hinter"Tore" dabei offen

stehen.

Artikel: Cloning : questions and answers (Jan'88) vs Quarks & Co. Sendung (Okt '98)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The Cloning of Dolly

Dr Jamie Love 15 January 1998 ©

Grundlage der Entstehung waren Gurdons Klonungsexperimente mit Krallenfröschen

(s. Geschichte des Klonens)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mit einer Kapillare, dünner als ein Haar, saugten Mitarbeiter des Roslin Institut das Erbmaterial aus einer Schaf-Eizelle (Blackface), um darin Platz zu machen für die Gene jener Mutter (Finn Dorset), von der Dolly eine Kopie werden sollte.

Sie programmierten den Zellkern in den Euterzellen der Genmutter um. Die Zelle "vergißt", daß sie eine Euterzelle war.

Sämtliche Genprogramme liegen ja in allen Zellen vor; sie sind aber bei spezialisierten Zellen nicht mehr abrufbar. Durch die Umprogrammierung werden alle Gene wieder aktiviert.

Zwischen elektrischen Drähten, einer Art mikroskopischem Lötkolben, plazierte er die Zellen von Genmutter und Eimutter nebeneinander und verschmolz sie durch Stromstöße. (Kickstart)

Diese „neue" Eizelle kam in den Uterus der Leihmutter.

                            Das machten sie 276 Mal!!

Warum...?

Transfer Prozedur ist sehr anfällig viele Ungewissheiten (Umgang mit dem Verfahren)

Letztendlich hat es in 0.4% (1 Lamm aus 276 Eizellen) funktioniert und nach 148 Tagen ...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Klonen bei Mensch &Tier

Xenotransplantation und Reproduktion:

Überall auf der Welt fehlen Spenderorgane wie Herzen,

Nieren oder Leber. In den letzten Jahren ist es in einigen Bereichen möglich

geworden, tierische Organe zu verpflanzen.

Spendertiere sind genetisch so verändert, daß der Empfänger die Organe besser verträgt. Hier besteht aber das Problem, daß wenn man die genetisch veränderten Tiere normal vermehren würde, die wertvolle Veränderung bei jedem zweiten Nachkommen weg wäre.

Die Klonierungstechnik sichert hier, daß die für den Menschen sinnvolle genetische Veränderung erhalten bleibt.

Problem Immunsupressuiva

Nebenwirkungen der Medikamente

Eigentransplantationen (bei der Haut bereits Routine) sind nur selten möglich.

!!!! In Kombination mit der Klonierungstechnik könnten Sie ihren alten Körper neu erschaffen und sich aus dem neuen, eigenen "Organfundus" bedienen, !!!!

 

Gewebe aus geklonten Zellen züchten:

Man entnimmt eine menschliche Körperzelle und klont sie. Dem entstehenden Embryo könnten bereits nach einer Woche (im sog. Blastocystenstadium) die Zellen entnommen werden, die man benötigt.

Aus diesen embryonalen undifferenzierten Zellen kann man jetzt z.B. Herz-, Nervenoder Muskelzellen züchten.

Technisch alles ziemlich genial, aber......

 

"heterologe Kerntransfer":

Es wird eine Körperzelle des zu klonenden Individuums in eine artfremde entkernte Eizelle gespritzt.

• Mäusezelle in die Eihülle einer Kuh.( USA)

(genetisch veränderte Mäusezelle in eine Kuh-Eizelle gespritzt. Der entstandene geklonte Embryo sei aber nicht lebensföhig, meinen die Forscher. Deshalb sei es legitim, sich aus ihm "zu bedienen").

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Klontechnik in der Tierzucht

Deutschland => 1 Milchkuh => im Schnitt 6300 Liter Milch / Jahr (17 Liter / d)

Schwankungen:

                                     4000 Liter bis zu 13000 Liter / Jahr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bisher:

Es werden Milchkühe mit hohen Leistungen mit "Superbullen" gekreuzt, in der Hoffnung, daß möglichst viele Nachkommen ähnlich hohe Milcherträge liefern.

 

Jetzt ==> Hochleistungskühe direkt klonen ...

...Durschnittsleistung deutscher Kühe verdoppelt sich

 

 

Beispiel:

Kuh mit 8000 Litern Milch + „Superbulle" ...... insgesamt 100 Nachkommen

 

(Milchleistung zwischen 7000 und 10000 Litern)

=>Durchschnittsleistung der Nachkommen 8500 Liter

"additiven Effekt" = 500 Liter = Zuchtwert der Kuh

Kühe mit 10000 Litern => "Genwechselwirkungen" (bei allen Nachkommen anders)

Durch Klonen kann man ja Kopien der 10000-Liter-Kühe herstellen, die alle etwa 10000 Liter Milch bringen werden.

Aber: !! weitere Leistungssteigerungen (über die 10000 Liter hinaus) nur durch Züchtung oder durch den Einbau von Genen möglich!!

Außerdem:

-Probleme in der Züchtung,

-genetische Vielfalt geht verloren,

-Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten leidet (Seuchengefahr)

 

 

Nuclear transfer: Uses ofCloning in farm animal production Roslin Inst. Klonen oder Züchten? Quarks&Co.

 

 

 

 

 

 

 

Zukunftsmusik

"PPL Therapeutics" / Roslin-Institut

-haben das Schaf Dolly produziert (für Entwicklung ca. 1,3 Mio DM investiert)

Erst im Jahr 2001 soll das erste Medikament durch die Produktion in der Milch transgener Schafe vermarktet werden.

•     - rund 5000 verschiedene Stoffe von derart gentechnisch veränderten Tieren sollen geliefert werden können

      - sogar in Mengen, daß theoretisch ein einziges Schaf den Weltbedarf abdecken könnte

Einige Pharmaka können enormen Preise annehmen, weil ihre Herstellung anders nicht möglich oder nicht wirtschaftlich sein wird.

Das Forschungsprogramm von PPL umfaßt zum Beispiel;

Alpha-1-Antitrypsin (AAT)

-menschliches Protein

-gesunder Mensch produziert es normalerweise selbst

-Mangel => Lungengewebe zerstört sich langsam selbst

(Betroffene werden meist nicht älter als 40 Jahre)

-Einsatz bei AA T'Mangel soll demnächst erforscht werden!!

Faktor IX, ein Blutgerinnungsfaktor

-Fehlen bewirkt eine Form der Bluterkrankheit (Hämophilie B)

-PPL will Faktor IX mit Hilfe des Klonschafes Polly herstellen.

-Zur Zeit => Faktor IX aus Blutplasma

Nachteile:    hohe Kosten

mögliche Virusübertragung durch Spenderblut

Vorteil der Klontechnik:   kein Versorgungsengpaß durch Mangel an Spenderblut.

Extrazelluläre Superoxid-Dismutase (EC SOD)

-Protein (Enzym), das freie Radikale im Körper bindet

Mögliche Anwendungen

-nach Organtransplantationen

-Blutbildungs-Störungen (nach Herzoperationen)

-alternativen Krebstherapie

 -als vermeintliches Wundermittel in Fitneß- und Sportlernahrung

 (Nutzen nicht erwiesen)

 

 

 

 

 

 

 

Aus:       KLONEN- das Geschäft der Zukunft

 

 

 

 

 

 

 

Was ist Klonen? - Was ist Klonen nicht?

 

Klonen ist die Verdopplung eines Lebewesens, also eine genetisch identische Kopie. Klone kommen bei Pflanzen und einigen niederen Tieren wie den Blattläusen regelmäßig vor, bei Säugetieren sind Klone eher zufällig, z.B. bei Mehrlingsgeburten. Künstlich können Klone bei Säugetieren mit Hilfe zweier unterschiedlicher Techniken gebildet werden. In beiden Fällen muß der neu gebildete Embryo in eine scheinträchtige Wirtsmutter übertragen werden, die ihn bis zur Geburt austrägt.

 

Der Begriff Klonen beschränkt sich auf die Verdopplung eines Lebewesens. Er beinhaltet keinen Eingriff in das Erbmaterial einer Zelle (Gentechnik). Klonen und Gentechnik sind zwei Methoden der Biotechnologie und werden in Zukunft wahrscheinlich kombiniert, um Lebewesen, die man zunächst gentechnisch verändert hat, zu kopieren.

Klonen über eineiige Mehrlingsbildung

 

Die Zellen eines Embryos werden dafür vereinzelt und wachsen in einem speziellen Kulturmedium wieder heran. Dies entspricht dem natürlichen Prozess der Mehrlingsbildung.

 

Vorteile: relativ leichte Handhabung, hohe Erfolgsrate. Nachteile: Die genetischen Anlagen des Embryos sind vorher nicht bekannt, sie sind eine Mischung der elterlichen Anlagen. Außerdem ist die natürliche Altersgrenze der geeigneten Embryozellen schnell erreicht, denn während der anfänglichen Furchung der befruchteten Eizelle findet kein Größenwachstum statt - die Zellgröße halbiert sich mit jeder Teilung. Ab dem 8- bis 16-Zellstadium ist die Masse der einzelnen Embryozellen (Blastomeren) so gering geworden, daß sie einzeln nicht mehr in der Lage sind, noch einen lebensfähigen Embryo zu bilden.

Klonen über Kerntransfer

 

Aus einzelnen Zellen (Embryonalzellen oder spezialisierte Körperzellen) entsteht ein genetisch identisches Lebewesen. Die Zellen, bzw. ihre Kerne, werden in eine Eizelle (aus der vorher der Kern entfernt wurde) übertragen, fusioniert und mit Strom zur Teilung animiert.

 

Vorteil: Der Klon ist genetisch identisch mit dem Lebewesen, dessen Erbmaterial in die Eizelle übertragen wurde. Er unterscheidet sich lediglich durch die sogenannte mitochondriale DNA.

 

Nachteil: Eizelle und Spenderkern müssen in genau festgelegten Zellzyklen sein, um zusammen ein neues Lebewesen bilden zu können. Das erfordert gegebenenfalls die Verjüngung der spezialisierten Zellen in einem Diätmedium. Die technischen Rahmenbedingungen sind aber bei jeder Tierart unterschiedlich und zum Teil noch nicht bekannt.

 

 

 

 

 

 

Dolly is not quite a clone

HENRY GEE

Tuesday31 August 1999

Doubt has been cast before on the parentage of Dolly the famous cloned sheep - but a surprising new twist in her remarkable story comes in the latest [September] issue of Nature Genetics, from Eric A. Schon of Columbia University, New York and colleagues (including researchers from the Roslin Institute and PPL Therapeutics in Scotland, where Dolly was created).

To create Dolly, a mature cell from the mammary gland ofone sheep was fused with the oocyte (egg cell) from another, from which oocyte the nucleus had previously been removed. The nucleus is the repository ofthe cell's genetic material. The result of this fusion was a cell with the vigour and potential of an oocyte but a genetic constitution determined by the nucleus of the mammary-gland cell. This cell eventually grew into Dolly - a sheep whose nuclear DNA was cloned from a single mammary-gland cell. As far as nuclear DNA is concerned, Dolly is a true clone ofthe sheep that donated the mammary-gland cell.

But there's more to genetic material than the DNA in the nucleus. Floating inside the cytoplasm ofthe cell - the jelly-like part ofthe cell outside the nucleus - are bodies called mitochondria. These tiny sausage-shaped 'organelles' are responsible for generating energy, and contain genes of their own, distinct from DNA in the nucleus. Cells, therefore, contain not one but two distinct genomes - one in the nucleus, the other in the mitochondria.

As Schon and colleagues demonstrate, Dolly the sheep contains the nuclear genome of the mammary-gland cell from which she was cloned, but the mitochondria from the oocyte with which that mammary gland cell was fused. In genetic terms, she is a 'chimaera', with DNA of different origins.

Curiously, this is not quite the result the researchers were expecting. A mammalian oocyte is a huge cell containing perhaps 100,000 mitochondria. The mature mammary-gland cell that was merged with the oocyte was much smaller, containing between 2,000 and 5,000 mitochondria. This is far fewer than in an oocyte, to be sure, but the researchers could find no mitochondria in cloned sheep that could have been derived from the mature cell. All came from the oocyte. How could this be?

The researchers take a clue from conventional sexual reproduction, a cell-fusion event in which a sperm cell fuses with an egg cell. It is usually thought that the sperm contributes no more than its nucleus. And so it does -eventually. Initially, sperm-derived mitochondria enter the oocyte along with the nucleus, but these mitochondria are actively destroyed, leaving only the oocyte-derived mitochondria (this explains why the inheritance of mitochondrial DNA is exclusively maternal.) The researchers speculate that, although the recipient oocyte has lost its nucleus, it still retains the capacity to wipe out invading mitochondria.

© Macmillan Magazines Ltd 1999 - NATURE NEWS SERVICE

Nature © Macmillan Publishers Ltd 1999 Reg. No. 785998 England.

 

 

 

 

 

 

Die Geschichte des Klonens

1901

Hans Spemann klont durch Zufall einen Molch aus einer Embryozelle. Er zeigt, daß ein Blastomerenkern noch alle genetischen Informationen enthält, wie der Ausgangskern der befruchteten Eizelle. 1938 wird Spemann mit dem Nobelpreis geehrt. Er macht die Molche zu den "Haustieren" der Embryologen.

1952

Robert Briggs und Thomas King klonen Kaulquappen aus Froschembryo-Kernen unterschiedlichen Alters. Sie stellen fest, daß das Klonen mit zunehmendem Alter der Spenderkerne schwieriger wird.

1956

Es gelingt ihnen, Kaulquappen auch aus späteren Larvalstadien zu klonen.

1966

John Gurdon schafft den Durchbruch: Er klont Kaulquappen aus Darmwandzellen erwachsener Krallenfrösche. Somit ist es erstmals gelungen, ein neues Lebewesen aus einer Körperzelle entstehen zu lassen. Gurdon erhält für seine Forschungen den Paul-Ehrlich-Preis.

70er

Was bei Amphibien klappte, wird nun bei Säugetieren ausprobiert. Zunächst bei Mäusen, den häufigsten Versuchstieren der Biologen. Doch ausgerechnet bei den Mäusen klappte das Klonen nicht. Damals war noch nicht bekannt, daß die Zellkerne der Maus-Embryozellen sich schon sehr früh, nämlich einen Tag nach der Befruchtung, genetisch so weit spezialisieren, daß sie nicht mehr "neu" anfangen können. Die Kerne anderer Säugetiere lassen sich dafür mehr Zeit; Schafe etwa bis zum 16-Zellstadium. So war es nach heutigem Kenntnisstand keine Überraschung, daß das erste Säugetier, das aus Embryozellen geklont wurde, ein Schaf war.

1986

Steen Willadsen klont Lämmer aus 8-Zell-Embryonen. Doch das reichte den Forschem noch nicht. Sie wollten Klone aus erwachsenen Körperzellen herstellen, so wie es John Gurdon 1966 bei Amphibien vorgemacht hatte.

1996

Ian Wilmut entdeckt das Geheimrezept, wie ausdifferenzierte Körperzellen in ihren Urzustand zurückversetzt werden können. Er hungert die Spenderzellen einfach in einer Kulturflüssigkeit aus, deren Nährstoffanteil um 95% reduziert ist.

1997

Das Klonschaf Dolly kommt zur Welt. Sie ist das erste Säugetier, das aus einer erwachsenen Körperzelle entstanden ist. lan Wilmut hat Dolly aus einer Euterzelle eines erwachsenen Schafes geklont.

1998

Weitere Säugetiere werden aus Körperzellen geklont: in Japan Rinder und auf Hawai in der Arbeitsgruppe von Ryuzo Yanagimachi Mäuse. Damit stehen rein technisch auch dem Klonen von Menschen keine Hindernisse mehr im Weg.