Eine zwei Jahrzehnte dauernde Studie zum Klonen hat einen grundlegenden Fehler in der Technologie aufgedeckt und gezeigt, dass wiederholte Vervielfältigung zu einer Anhäufung tödlicher genetischer Mutationen führt. Forscher in Japan haben zwischen 2005 und 2025 1.206 geklonte Labormäuse von einer einzigen weiblichen Spenderin erzeugt.
In den ersten 25 Generationen wurden zunächst keine äußerlichen Anzeichen von Problemen beobachtet. Anschließend häuften sich jedoch die genetischen Mutationen, die sich letztendlich als tödlich erwiesen. Obwohl die 58. Generation der Klone körperlich normal wirkte, starb sie aufgrund dieser akkumulierten genetischen Mutationen innerhalb weniger Tage nach der Geburt.
Diese umfangreiche Forschung widerspricht direkt der seit langem vertretenen Annahme, dass Klone identische Kopien ihres ursprünglichen Spenders sind, und widerlegt die Idee, dass die aktuelle Klontechnologie unbegrenzt ohne negative Auswirkungen aufrechterhalten werden könnte.
Der Entwicklungsbiologe Teruhiko Wakayama von der Universität Yamanashi, leitender Autor der am Dienstag in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie, erklärte: „Niemand hat jemals so lange zuvor erneut geklont. Daher ist dies das erste Mal, dass wir entdecken, dass wiederholtes erneutes Klonen irgendwann an seine Grenzen stößt.“
„Früher glaubte man, dass Klone mit dem Original identisch seien, aber durch diese Studie wurde klar, dass Mutationen dreimal häufiger auftreten als bei Nachkommen, die durch natürliche Paarung geboren wurden“, sagte Wakayama. „Da sich all diese Mutationen weiter häufen, können Säugetiere ihre Art nicht durch Klonen erhalten. Diese Studie hat einen der Gründe aufgedeckt, warum Säugetiere im Gegensatz zu Pflanzen und niederen Tieren ihre Art nicht durch Klonen erhalten können.“
Nach der Erzeugung des ersten Klons wiederholten die Forscher den Vorgang alle drei bis vier Monate und klonten jede Generation aus der vorhergehenden. Wie bei der ursprünglichen Spendermaus waren alle Klone Weibchen mit braunem Fell.
Die Forscher veröffentlichten 2013 vorläufige Ergebnisse über die ersten 25 Generationen und stellten fest, dass die Klone gesund waren und keine offensichtlichen negativen Auswirkungen hatten.
„Damals kamen wir zu dem Schluss, dass das erneute Klonen wahrscheinlich auf unbestimmte Zeit fortgesetzt werden könnte. Allerdings haben wir in dieser Studie die genetischen Sequenzen nicht untersucht. Wir haben unsere Forschung noch 13 Jahre lang fortgesetzt und dabei festgestellt, dass unsere vorherige Schlussfolgerung falsch war – das heißt, es gibt eine Grenze für das erneute Klonen“, sagte Wakayama.
Die Forscher sequenzierten die Genome von 10 Klonen aus den verschiedenen Generationen, um zu verstehen, was auf genetischer Ebene geschah.
Sie fanden heraus, dass das serielle Klonen einen Effekt hatte, der dem Duplizieren eines Bildes mit einem Kopiergerät ähnelt. Bei der ersten Kopie verschlechtert sich die Bildqualität geringfügig. Beim Kopieren des kopierten Bildes verschlechtert sich die Qualität weiter. Durch mehrmaliges Wiederholen des Vorgangs entsteht ein Bild, das sich stark vom Original unterscheidet.
Sie sagten, die Studienergebnisse wiesen auf die Bedeutung der sexuellen Fortpflanzung bei der Bekämpfung schädlicher genetischer Mutationen bei Säugetieren hin.
Die Forscher maßen die Fruchtbarkeit der Klone, indem sie sie mit gewöhnlichen männlichen Mäusen paarten. Bis zur 20. Generation brachten sie wie gewöhnliche weibliche Mäuse etwa 10 Junge pro Wurf zur Welt. Aber irgendwann begannen die Klone kleinere Würfe zu bekommen, was die Auswirkungen der sich häufenden Mutationen widerspiegelte.
Um die Klone zu erzeugen, verwendeten die Forscher eine Technik namens Kerntransfer. Mit der gleichen Methode wurden 1996 in einem Labor in Schottland das Schaf Dolly, das erste erfolgreich geklonte Säugetier, und 1998 in einem Labor auf Hawaii Cumulina, die erste erfolgreich geklonte Maus, gezüchtet.
Mit der Kerntransfertechnologie erzeugen Forscher einen Embryo, indem sie den Kern, den primären Speicher einer Zelle für genetische Informationen, von einer Spenderzelle in eine Eizelle übertragen, deren eigener Kern entfernt wurde. Beim Klonen wurde eine spezielle Eierstockzelle, eine sogenannte Kumuluszelle, verwendet, die eine sich entwickelnde Eizelle umgibt und ernährt.
„Wir hatten geglaubt, dass wir unendlich viele Klone erzeugen könnten. Deshalb sind diese Ergebnisse so enttäuschend. Zum jetzigen Zeitpunkt haben wir keine Ideen, wie wir diese Einschränkung überwinden können. Ich glaube, wir müssen eine neue Methode entwickeln, die die Kerntransfertechnologie grundlegend verbessert“, sagte Wakayama.
Ab der 27. Generation kam es zu einer Zunahme großflächiger schädlicher Mutationen einschließlich Chromosomenanomalien. Beispielsweise ging eine Kopie des X-Chromosoms verloren. Chromosomen sind fadenförmige Strukturen, die genetische Informationen von Zelle zu Zelle transportieren. Bei Säugetieren tragen Weibchen zwei X-Chromosomen, eines von jedem leiblichen Elternteil.
„Beim Klonen werden alle Gene an die nächste Generation weitergegeben, was bedeutet, dass auch alle defekten Gene weitergegeben werden“, sagte Wakayama.
