Zellkerntransfer: So funktioniert reproduktives Klonen

Vertiefung zum ThemaKlonen

Eine Hautzelle enthält den kompletten Bauplan eines Lebewesens – nur benutzt sie davon fast nichts. Der Zellkerntransfer macht diesen Bauplan wieder vollständig lesbar: Er versetzt den Kern einer spezialisierten Zelle zurück an den Anfang. Genau daran scheitert das Verfahren aber auch meistens.

Einfach erklärt

Diese Seite vertieft das Thema Klonen. Beim Zellkerntransfer setzt man den Kern von einer Körperzelle in eine Eizelle. Aus der Eizelle entfernt man vorher den Kern. Ein Stromstoß startet die Zellteilungen. Ein drittes Tier trägt den Embryo aus. Es ist nur die Leihmutter und vererbt nichts. So kommt 1996 das Schaf Dolly zur Welt.

Das Verfahren gelingt nur selten. Die Eizelle muss den fremden Kern auf den Anfang zurücksetzen. Dieses Zurücksetzen heißt Reprogrammierung. Oft klappt es nur zum Teil. Dann sterben viele Embryonen früh.

Ein Klon ist auch keine perfekte Kopie. Die Mitochondrien stammen aus der Eizelle. Das sind kleine Teile in der Zelle mit eigenem Erbgut. Auch das Fell kann anders aussehen. Die geklonte Katze CC hat zum Beispiel ein anderes Fellmuster als ihr Spendertier.

Merke: Der Zellkerntransfer kopiert das Kern-Erbgut von einem Tier, er verändert es nicht.

Zellkerntransfer: die fünf Schritte

1. Körperzelle gewinnenVom Spendertier wird eine Körperzelle entnommen, zum Beispiel eine Bindegewebszelle aus der Haut. Sie wird in Kultur vermehrt und vor dem Transfer in eine Ruhephase gebracht, damit sich ihr Erbgut in einem definierten Zustand befindet.
2. Eizelle entkernenVon einem zweiten Tier wird eine reife Eizelle gewonnen. Unter dem Mikroskop saugt eine feine Pipette ihren Kern ab. Zurück bleibt eine Eizelle ohne Kern-Erbgut, aber mit ihrem gesamten Zellplasma – und darin die Faktoren, auf die es ankommt.
3. Kern einbringen und aktivierenDie Körperzelle oder ihr Kern wird in die entkernte Eizelle gebracht. Ein kurzer Stromstoß lässt die Membranen verschmelzen und gibt zugleich das Startsignal, das sonst die Samenzelle liefert.
4. Embryo heranwachsen lassenBeginnt sich die Zelle zu teilen, wächst der Embryo einige Tage im Brutschrank, bis er das Stadium erreicht, in dem er sich einnisten kann.
5. Auf eine Leihmutter übertragenDer Embryo wird in die Gebärmutter eines dritten Tieres übertragen, das ihn austrägt. Mit dem Erbgut des Jungtiers hat dieses Tier nichts zu tun.

Dieses Grundrezept ist seit dem Schaf Dolly 1996 im Kern unverändert. Welche Tiere seitdem geklont wurden, zeigt die Seite Klonschaf Dolly. Anders als beim Embryosplitting weiß man hier von Anfang an, welches Erbgut der Nachwuchs tragen wird – es ist das eines Tieres, das bereits lebt oder gelebt hat. Wofür das genutzt wird und was ein Klon überhaupt ist, steht im Überblick Was bedeutet Klonen?

Reprogrammierung: die eigentliche Hürde

Jede Körperzelle enthält das vollständige Erbgut. Trotzdem ist eine Hautzelle keine Leberzelle: In jedem Zelltyp ist nur ein Teil der Gene aktiv. Gesteuert wird das durch epigenetische Markierungen – Methylgruppen an der DNA und chemische Anhänge an den Histonproteinen, um die die DNA gewickelt ist. Sie halten die Zelle in ihrer Rolle fest und werden bei jeder Teilung mitkopiert.

Beim Zellkerntransfer müssen die Faktoren im Zellplasma der Eizelle dieses Muster in wenigen Stunden löschen und einen embryonalen Zustand herstellen. Man nennt das Reprogrammierung. Bei einer normalen Befruchtung läuft dieser Umbau schrittweise und gut vorbereitet ab; beim Klonen gelingt er oft nur zum Teil. Die Folgen sind in vielen Studien beschrieben:

• Die meisten Klon-Embryonen entwickeln sich gar nicht erst bis zum übertragbaren Stadium.
• Viele Schwangerschaften enden früh, häufig wegen Fehlbildungen der Plazenta.
• Bei Rindern und Schafen kommen Jungtiere überdurchschnittlich oft zu groß zur Welt (Large Offspring Syndrome).
• Gene, die je nach Herkunft von Mutter oder Vater unterschiedlich markiert sind (genomische Prägung), werden falsch abgelesen.

Wie hartnäckig dieses Problem ist, zeigt ein Beispiel aus der Primatenforschung: Beim Rhesusaffen gelang ein Klon erst 2024 – und zwar mit einem Kunstgriff. Die äußere Zellschicht, aus der die Plazenta hervorgeht, wurde durch Zellen eines normal befruchteten Embryos ersetzt. Erst dann entwickelte sich ein gesundes Tier.

Warum ein Klon kein hundertprozentiger Klon ist

Mitochondrien. Diese Zellbestandteile besitzen eine eigene, ringförmige DNA mit einer kleinen Zahl von Genen. Sie stammen beim Zellkerntransfer aus der Eizelle – also von Tier B, nicht vom Kernspender A. Genau genommen sind Spender und Klon deshalb keine genetischen Kopien, sondern stimmen nur im Kern-Erbgut überein.

Epigenetik und Zufall. Selbst bei gleichem Erbgut kann das Aussehen abweichen. Das berühmteste Beispiel ist die 2001 geborene Katze CC, der erste geklonte Haustier-Klon. Ihre Fellzeichnung unterschied sich deutlich von der des Spendertiers Rainbow. Der Grund liegt in der X-Inaktivierung: Bei weiblichen Säugetieren wird in jeder Zelle früh eines der beiden X-Chromosomen stillgelegt – zufällig das mütterliche oder das väterliche. Weil Gene für die Fellfarbe auf dem X-Chromosom liegen, entsteht daraus ein Fleckenmuster, das bei jedem Tier neu ausgewürfelt wird.

Umwelt und Erfahrung. Ernährung, Bewegung und Erlebnisse prägen jedes Lebewesen. Ein Klon wird außerdem als Jungtier geboren und hat weder die Erinnerungen noch das Verhalten seines Spendertiers.

Vertiefung Oberstufe: Wie oft gelingt der Zellkerntransfer?

Angaben zur Effizienz schwanken stark, weil sie sich auf unterschiedliche Bezugsgrößen stützen: auf alle hergestellten Embryonen, auf die übertragenen Embryonen oder auf die Zahl der Leihmütter. Drei bekannte Beispiele zeigen die Größenordnung.

Fall	Angaben aus der Veröffentlichung
Schaf Dolly (1996)	Von 277 Versuchsansätzen führte einer zu einem lebenden Lamm.
Javaneraffen Zhong Zhong und Hua Hua (2017/2018)	Mit Zellen eines Fötus als Kernspender: aus mehreren Dutzend übertragenen Embryonen entstanden sechs Schwangerschaften und zwei lebende Tiere. Mit Zellen erwachsener Tiere überlebten die Jungtiere nicht.
Rhesusaffe ReTro (2024)	Aus 113 Klon-Embryonen wurden 11 auf 7 Leihmütter übertragen; daraus entstanden zwei Schwangerschaften und ein lebendes Tier.

Rechnet man beim Rhesusaffen auf alle hergestellten Embryonen, liegt die Erfolgsquote unter einem Prozent; bezogen auf die übertragenen Embryonen sind es rund neun Prozent. Beide Zahlen sind richtig – sie beantworten nur verschiedene Fragen. Für eine Bewertung des Tierwohls ist die dritte Größe entscheidend: Wie viele Tiere mussten Eizellen liefern oder Embryonen austragen?

Ein weiterer Punkt fällt auf: Kerne aus fötalen Zellen lassen sich leichter reprogrammieren als Kerne aus Zellen erwachsener Tiere. Je stärker eine Zelle festgelegt ist, desto mehr epigenetische Markierungen müssen gelöscht werden. Genau deshalb galt Dolly als Durchbruch: Ihr Kern stammte aus einer Zelle eines ausgewachsenen Schafs.

Eine Alternative ohne Eizelle sind iPS-Zellen: Körperzellen lassen sich auch mit wenigen Faktoren in einen stammzellähnlichen Zustand zurückversetzen. Daraus entsteht jedoch kein vollständiges Lebewesen, sondern es entstehen Zellen für Forschung und Therapie.

Fachbegriffe

Zellkerntransfer (SCNT)

Übertragung des Kerns einer Körperzelle in eine entkernte Eizelle.

somatisch

Zu den Körperzellen gehörend, im Unterschied zu Keimzellen.

Reprogrammierung

Rückversetzung eines spezialisierten Zellkerns in einen embryonalen Zustand.

Epigenetische Markierung

Chemischer Anhang an DNA oder Histonen, der die Aktivität von Genen steuert.

Mitochondriale DNA

Eigenes, ringförmiges Erbgut der Mitochondrien; stammt beim Klon aus der Eizelle.

Leihmutter

Tier, das einen Embryo austrägt, mit dem es genetisch nicht verwandt ist.

X-Inaktivierung

Zufällige Stilllegung eines der beiden X-Chromosomen in weiblichen Säugetierzellen.

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