Totipotent, pluripotent, multipotent: der Unterschied

Vertiefung zum ThemaStammzellen

Totipotent, pluripotent, multipotent: Die drei Wörter klingen fast gleich und werden in Tests ständig verwechselt. Dabei steckt eine einfache Logik dahinter – und eine Grenze, an der in Deutschland sogar das Strafrecht ansetzt. Hier lernst du, die Stufen sicher zu unterscheiden und zu begründen.

Einfach erklärt

Diese Seite vertieft das Thema Stammzellen. Sie erklärt drei schwierige Wörter. Alle drei beantworten eine Frage: Was kann aus einer Zelle noch werden?

• Totipotent heißt: Aus der Zelle kann ein ganzes Lebewesen werden. Ein Beispiel ist die befruchtete Eizelle.
• Pluripotent heißt: Die Zelle kann alle Zelltypen im Körper bilden. Ein Beispiel sind Stammzellen aus einem frühen Embryo.
• Multipotent heißt: Die Zelle bildet nur noch einige Zelltypen in einem Gewebe. Ein Beispiel ist die Blutstammzelle.

Der wichtige Unterschied ist die Plazenta. Sie versorgt den Embryo. Nur totipotente Zellen können eine Plazenta bilden. Pluripotente Zellen können das nicht. Deshalb entsteht aus ihnen allein kein Mensch. Eine Merkhilfe: toti heißt alles, pluri heißt vieles, multi heißt einiges.

Der Unterschied ist auch für das Recht wichtig. In Deutschland gilt eine totipotente Zelle wie ein Embryo. Sie hat denselben Schutz. Pluripotente Zellen zählen nicht als Embryo.

Merke: Totipotent heißt Embryo und Plazenta, pluripotent heißt alle Körperzellen, aber keine Plazenta.

Totipotent und pluripotent: der entscheidende Unterschied

Das Wort Potenz kommt vom lateinischen potentia, Fähigkeit. Es beschreibt, was aus einer Zelle noch werden kann. Am Anfang steht die befruchtete Eizelle, die Zygote. Sie ist totipotent (von lateinisch totus, ganz): Aus ihr entsteht alles – der Embryo selbst und die Gewebe außerhalb des Embryos, vor allem die Plazenta. Auch die Zellen der ersten Teilungen, die Furchungszellen, sind noch totipotent. Bei Mäusen kann jede der beiden Zellen des Zwei-Zell-Stadiums für sich eine vollständige Maus hervorbringen. Wie lange die Furchungszellen beim Menschen totipotent bleiben, ist nicht genau bekannt.

Etwa fünf bis sechs Tage nach der Befruchtung hat sich der Keim zur Blastozyste entwickelt, einer Hohlkugel. Jetzt haben sich die Zellen zum ersten Mal festgelegt: Die äußere Schicht, der Trophoblast, bildet später die Plazenta. Die innere Zellmasse bildet den Embryo. Ihre Zellen sind pluripotent (von plures, mehrere): Sie können jeden Zelltyp des Körpers hervorbringen, von der Nervenzelle bis zur Blutzelle. Eine Plazenta können sie aber nicht mehr bilden – und deshalb allein auch keinen lebensfähigen Organismus.

Die Potenzstufen im Überblick

Nach der pluripotenten Stufe geht die Einschränkung weiter. Gewebe-Stammzellen im erwachsenen Körper sind meist multipotent: Eine Blutstammzelle im Knochenmark bildet alle Arten von Blutzellen, aber keine Nerven- oder Leberzellen. Noch enger sind Vorläuferzellen, die nur wenige oder einen einzigen Zelltyp liefern.

Stufe	Was kann daraus werden?	Beispiele
totipotent	ein vollständiger Organismus mit Plazenta	Zygote, frühe Furchungszellen
pluripotent	alle Zelltypen des Körpers, keine Plazenta	innere Zellmasse, embryonale Stammzellen, iPS-Zellen
multipotent	mehrere Zelltypen eines Gewebes oder Organsystems	Blutstammzelle; mesenchymale Stammzellen (Knochen, Knorpel, Fett)
oligopotent	wenige, eng verwandte Zelltypen	lymphatische Vorläuferzelle (B- und T-Zellen)
unipotent	nur einen Zelltyp	gelten als Beispiel: Satellitenzellen des Muskels

Der Weg nach unten bedeutet nicht, dass Gene verloren gehen. Fast jede Körperzelle enthält die vollständige Erbinformation. Was sich ändert, ist, welche Gene an- und welche abgeschaltet sind – stabil festgehalten durch epigenetische Markierungen. Genau deshalb lässt sich der Weg im Labor umkehren. Wie das geht und wofür man es nutzt, zeigt die Seite über iPS-Zellen. Einen Überblick über Stammzellarten, Therapien und die Rechtslage gibt die Hauptseite zu den Stammzellen.

Warum „totipotent“ auch ein Rechtsbegriff ist

In Deutschland regelt das Embryonenschutzgesetz den Umgang mit frühen menschlichen Embryonen. Nach § 8 gilt als Embryo bereits die befruchtete, entwicklungsfähige Eizelle ab der Kernverschmelzung – und ebenso jede einem Embryo entnommene totipotente Zelle, die sich unter geeigneten Bedingungen zu einem Individuum entwickeln kann. Eine totipotente Zelle steht also rechtlich einem Embryo gleich und genießt denselben Schutz: Sie darf zum Beispiel nicht zu Forschungszwecken verbraucht werden.

Pluripotente Zellen fallen nicht unter diese Definition, weil aus ihnen allein kein Individuum entstehen kann. Daraus ergibt sich die besondere Lage in Deutschland: Embryonale Stammzellen dürfen hier nicht gewonnen werden, weil dafür ein Embryo zerstört wird. Ihr Import und ihre Nutzung sind nach dem Stammzellgesetz aber unter strengen Auflagen möglich. Für iPS-Zellen gelten diese Beschränkungen nicht. Die Grenze zwischen totipotent und pluripotent entscheidet also darüber, ob eine Zelle als Embryo zählt.

Vertiefung Oberstufe: Wie prüft man Pluripotenz?

Ob eine Zelle wirklich pluripotent ist, lässt sich nicht einfach unter dem Mikroskop erkennen. Forschende nutzen deshalb Tests mit steigender Strenge. Zuerst wird geprüft, ob typische Pluripotenz-Gene aktiv sind. Dann, ob die Zellen in der Kulturschale Abkömmlinge aller drei Keimblätter bilden – etwa Nerven-, Muskel- und Darmzellen. Bei Mäusen gibt es strengere Tests: Werden pluripotente Zellen in einen frühen Mausembryo eingebracht, beteiligen sie sich an allen Geweben des heranwachsenden Tiers, auch an den Keimzellen.

Als strengster Test gilt die tetraploide Komplementierung. Dabei verschmilzt man die beiden Zellen eines Zwei-Zell-Embryos der Maus zu einer Zelle mit vier Chromosomensätzen. Daraus kann sich eine Blastozyste entwickeln, deren Zellen zwar Plazenta und andere Hüllgewebe bilden, aber kaum einen lebensfähigen Fötus. Gibt man pluripotente Stammzellen hinzu, kann ein Fötus entstehen, der vollständig aus diesen Zellen stammt – die Plazenta liefert der tetraploide Embryo. Das zeigt zweierlei: Pluripotente Zellen können tatsächlich alle Körperzellen bilden, brauchen für einen ganzen Organismus aber fremde Hilfe bei der Plazenta. 2009 gelang dieser Test erstmals auch mit iPS-Zellen; damit war gezeigt, dass sie embryonalen Stammzellen in ihren Fähigkeiten gleichwertig sein können.

Solche Versuche sind mit menschlichen Zellen aus ethischen und rechtlichen Gründen ausgeschlossen. Die Einordnung menschlicher Zellen stützt sich deshalb auf die Tests in der Kulturschale und auf Vergleiche mit Befunden bei Tieren.

Fachbegriffe

Potenz

Entwicklungsfähigkeit einer Zelle: welche Zelltypen oder Organismen aus ihr hervorgehen können.

totipotent

Kann einen vollständigen Organismus einschließlich Plazenta bilden.

pluripotent

Kann alle Zelltypen des Körpers bilden, aber keine Plazenta und allein keinen Organismus.

multipotent

Kann mehrere Zelltypen eines Gewebes oder Organsystems bilden.

Blastozyste

Früher Keim als Hohlkugel aus Trophoblast (später Plazenta) und innerer Zellmasse (später Embryo).

Furchungszellen

Zellen der ersten Teilungen nach der Befruchtung (Blastomeren).

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