„Das Wissen, dass er lebt, obwohl er vor vielen Jahrhunderten gestorben ist, war an sich schon eine große Prüfung. Der Telelaxi nahm die Zellen seines toten Fleisches und zog die Kreatur in einem ihrer Bottiche auf. Diese Zellen begannen sich zu vermehren und wurden mit seinem jetzigen Körper zu einem Wesen.“Alle Gholas von Duncan Idaho (und der Gott-Kaiser von Dune, der mehr als dreitausend Jahre alt war, hatte viele von ihnen) hatten es schwer zu erfahren, dass sie Klone waren. Als Frank Herbert Ende der 1960er Jahre Tleilaxi Axolotl-Behälter für das Dune-Universum entwarf, wurden bereits die Ergebnisse der ersten Experimente zur Herstellung genetischer Kopien von Tieren veröffentlicht. Aber das Klonen funktionierte ganz anders als beim Bene Tleilaxu. Wissenschaftler haben mehr als ein halbes Jahrhundert gebraucht, um die Technologie aus Herberts Büchern zu reproduzieren – und jetzt sind sie fast da.
Duncan Idaho, Trailer zu "Dune"
Frosch-Dinosaurier
Was John Gerdon 1958 tat, war nicht die Vermehrung von toten Fleischzellen. Seine Methode war viel näher an dem, was in Jurassic Park (der mehrere Jahrzehnte später geschrieben wurde) gemacht wurde, wo Dinosaurier aus Fragmenten ihrer DNA gezüchtet wurden und die fehlenden Segmente mit den Genen von Vögeln, Reptilien und Amphibien "verstopfen".
Aus dem ursprünglichen Organismus – in Gerdons ersten Experimenten war es eine Kaulquappe – entnahm der Wissenschaftler nur den Kern einer der Zellen, beispielsweise aus der Darmwand. Dann pflanzte er diesen Kern in ein Ei eines anderen Frosches – und beobachtete die Entwicklung der Kaulquappe. Gleichzeitig entfernte er nicht einmal den nativen Kern des Eies - weil er bemerkte, dass er in einer solchen Situation dem implantierten Kern die Führung der Entwicklung zugesteht. Wissenschaftler begannen später, das genetische Material des Spenders zu entfernen, als es um das vollständige Klonen von Tieren ging.
Herdons Vorgänger haben eine Methode erfunden Übertragung von Kernen für ganz andere Zwecke. Sie vermuteten, dass mit der Entwicklung eines Organismus seine Zellen ihre "Perspektive" verlieren - die Fähigkeit, sich in verschiedene Zelltypen zu verwandeln. Die Übertragung eines Zellkerns in ein Ei machte es möglich, diese Hypothese zu überprüfen. Es hat sich herausgestellt, dass, wenn man einen Kern aus einer Zelle eines frühen Embryos in ein Ei überträgt, diese eine bessere Chance hat, sich normal zu entwickeln, als wenn der Kern aus einer Zelle eines späten Embryos entnommen wurde - dann wird mit ziemlicher Sicherheit nichts klappen.
Aber Gerdon entdeckte, dass es weniger an der "Haltbarkeit" der Zelle als an einem Fehler in der Methode lag. In seinen Händen arbeitete die Technologie mit Kernen fast jeden Alters – und wurde so zur ersten Methode zum Klonen von Tieren.
Sie begannen Mitte der 1990er Jahre, Säugetiere zu klonen – und waren sich kurz darauf einig, dass sie es nicht mit Menschen versuchen würden. Daher musste ich nicht einmal ernsthaft diskutieren, ob das Ergebnis solcher Experimente ein echter Klon sein würde - wie der, über den Herbert geschrieben hat. Herdons Methode hat einen wichtigen Fehler: Um einen Klon zu züchten, reicht der Zellkern einer menschlichen Zelle allein nicht aus. Wir müssen eine andere Frau finden, die Eizellspenderin wird. Und die DNA selbst kann sich weder vermehren noch entwickeln - nach dem Prinzip des 19. Jahrhunderts: omnis cellula e cellula, eine Zelle kommt nur aus einer Zelle.
Durch die Übertragung von Kernen werden Chimären erhalten: In ihnen Mitochondrien von einem Organismus und Kerngene von einem anderen
Daher sollte in den Zellen der Klone unweigerlich fremde DNA auftauchen - aus den Mitochondrien des mütterlichen Eies. Und obwohl mitochondriale Gene nur einen Bruchteil eines Prozents des gesamten zellulären Genoms ausmachen, könnten wir solche Menschen nicht als genetisch exakte Kopien des Originals bezeichnen.
Das Kind braucht eine Blastozyste
Als Experimente mit dem Klonen an Säugetieren begannen, wurde klar, dass die Wissenschaftler mit ihren Annahmen über das "Versprechen" von Kernen einigermaßen Recht hatten. Wenn wir den Kern eines erwachsenen Organismus nehmen, übertragen wir in die Zukunft Klonmutationen, die sich im Laufe des Lebens des Originals in der DNA angesammelt haben, und andere Zeichen des genetischen (und epigenetischen) Alters. Und obwohl wir immer noch nicht sicher sind, ob dies das "Anfangsalter" eines Klons erhöht, ist bekannt, dass viele solcher Klone nicht lange leben. Das Schaf Dolly zum Beispiel hat das halbe Leben eines gewöhnlichen Schafes gelebt. Und die ersten geklonten Affen wurden nur aus den Kernen von Keimzellen gewonnen - Klone, die durch die Übertragung "erwachsener" Kerne gewonnen wurden, überlebten nur bis zur Geburt.
Um zu lernen, wie man ohne Eizellen embryonale Zellen gewinnt, schlug der Japaner Xinya Yamanaka 2006 die Technologie der zellulären Reprogrammierung vor. Es stellte sich heraus, dass es ausreicht, mit wenigen Proteinen auf die Zellen einzuwirken (oder die ihnen entsprechenden Gene mit der Arbeit zu beginnen), um das Alter der Zelle "auf Null zu setzen" und sie in einen embryonalen Stamm zu verwandeln, ein Potenzial Quelle aller Zellen im Körper.
Sechs Jahre später erhielt Yamanaka und für alte Erinnerung und Gerdona den Nobelpreis. Offiziell - "für die Umprogrammierung adulter Zellen in pluripotente", was als "für die Klonierungstechnologie" gelesen werden kann. Wir nehmen eine Zelle eines erwachsenen Organismus, verwandeln sie in eine embryonale, vermehren sie und erhalten eine Zellmasse, aus der jeder Teil des Embryos gezüchtet werden kann - wie soll man es sonst nennen?
Die Kultivierung einzelner Körperteile – zum Beispiel einer Haut oder Hornhaut – aus umprogrammierten Zellen nennt man heute: therapeutisches Klonen … Betonen Sie also, dass es sich nicht um vollwertige Klone handelt, sondern nur um eine Behandlungsmethode, bei der eine Person zu einer Ersatzteilquelle für sich selbst wird. Es gibt einen eigenen Begriff für die Erstellung echter Klone - reproduktives Klonen, und gerade ist es verboten.
Eine mögliche Strategie für die Verwendung reprogrammierter Zellen: Zellen eines Erwachsenen werden in embryonale Zellen umgewandelt, in eine Blastozyste einer anderen Art implantiert und ein Ersatzorgan wird im Inneren des Tieres für eine Person im Inneren gezüchtet
Aber selbst wenn es heute jemand wagen würde, einen Menschen mit der Yamanaka-Methode zu klonen, würde er noch immer nicht mit einer einzigen Zelle des Originals auskommen. Genau wie der Zellkern, der für die Entwicklung in den "Körper" des Eies benötigt wird, können embryonale (einschließlich reprogrammierte) Zellen nicht ohne extraembryonale Membranen - Amnion, Allantois und Plazenta - wachsen. Sie werden benötigt, um den zukünftigen Embryo an der Gebärmutterwand zu befestigen, ihn mit Nahrung und Sauerstoff zu versorgen und vor allem - mit Signalen, wo sich beispielsweise Ober- und Unterseite befinden. Ohne diese Information sind die Zellen des Embryos gezwungen, blind ein zukünftiges Wesen aus sich selbst zu formen – und es gelingt ihnen nie, die Form eines menschlichen Embryos anzunehmen.
Daher müssten die umprogrammierten Zellen im Blastozystenstadium in einen bereits bestehenden Embryo transplantiert werden, wenn die extraembryonalen Zellen bereits einen Zellball gebildet haben. Als Ergebnis hätten Sie eine Hybride: extraembryonales Gewebe von einem Organismus und der Embryo von einem anderen. Diese Konstruktion ähnelt eher dem, was im Film "Alien: Resurrection" passiert, wenn einem Klon von Ellen Ripley immer wieder eine Chimäre wächst, von der es unmöglich ist, die Gene des Aliens zu trennen. Glücklicherweise wissen wir nicht, wie sehr sich die „Kreuzung“von Embryonen auf die genetische Identität eines menschlichen Klons auswirken würde – wir gehen jedoch davon aus, dass fremde DNA in die Keimzellen gelangen könnte. Und es ist nicht bekannt, ob es dann möglich wäre, es von den eigenen Genen des Klons zu trennen.
Wie man einen Ghola macht
Klone, die wir nach der Methode von Gerdon oder Yamanaka erstellen könnten, wären "abhängig". Das aus dem Original entnommene Biomaterial würde nicht ausreichen, um eine vollwertige Kopie zu züchten. Um Herberts Vorhersage zu verwirklichen, reichte der nächste Schritt nicht aus: zu lernen, wie man eine Zelle eines erwachsenen Organismus gleichzeitig in mehrere Zelltypen – embryonale und extraembryonale – umwandelt und diese zu einer einzigen Struktur zusammenfügt.
Der erste, der dieses Problem im Jahr 2019 löste, war der spanische Biologe Juan Carlos Ispisua Belmonte, der für seine gewagten Experimente bekannt ist (unter anderem für die Schaffung chimärer Embryonen von Mensch und Affe). Er nahm eine Zelle aus dem Körper einer erwachsenen Maus, programmierte sie um, vermehrte sie und erhielt eine Kultur embryonaler Stammzellen. Dann hat er sie noch "weiter" umprogrammiert und in einen Zustand zurückgerollt, in dem entweder ein Embryo oder extraembryonales Gewebe aus einer Zelle gewonnen werden kann. Und dann wirkte er mit einer Mischung von Signalstoffen auf die Kultur solcher Zellen ein: Einige zwangen die Zellen zur Embryonalbildung, andere - extraembryonale. Das Ergebnis war eine Mischung, aus der etwas wuchs, das wie eine Blastozyste aussah - blastoid - und es gelang sogar, in die Gebärmutter der Maus implantiert zu werden. So entwickelte Belmonte eine dritte Möglichkeit, Tiere zu klonen.
Jetzt wurden seine Erfolge mit menschlichen Zellen repliziert. Und dies geschah gleichzeitig von drei Gruppen gleichzeitig. Forscher aus Australien und Texas haben ihre Berichte in der neuen Ausgabe von Nature veröffentlicht, und Wissenschaftler des California Institute of Technology haben gerade einen Preprint auf dem biorXiv-Portal gepostet – aber sie waren ein paar Tage zuvor pünktlich.
Ihre Methoden unterscheiden sich geringfügig, basieren aber auf derselben Idee: Zellen umzuprogrammieren, mit unterschiedlichen Signalstoffen auf sie einzuwirken und sie auf einem dreidimensionalen Substrat zu einem Blastoiden zusammenzusetzen. Alle Forschungsteams stellten Konstrukte her, die in Morphologie und Genexpression menschlichen Blastozysten ähneln. Und da es gesetzlich verboten ist, ihre Lebensfähigkeit durch Implantation in die Gebärmutter zu testen, mussten Wissenschaftler eine In-vitro-Implantation simulieren – dies ist natürlich noch nicht Bene Tleilaxu Axolotl-Behälter, aber die Logik ist dieselbe.
Optionen für die Blastoid-Erstellung. Oben - Zellen in den gleichen Typ umprogrammieren und dann das Blastoid schrittweise sammeln. Unten - Zellen in verschiedene Typen umprogrammieren und dann das Blastoid in einem Schritt zusammenbauen
An dieser Stelle treten bei Experimenten mit Embryonen zwangsläufig Schwierigkeiten auf: Sie können nicht über den 14. Tag der Entwicklung hinaus kultiviert werden (wir haben ausführlich im Material "14 Tage später" beschrieben, warum dies so ist). Und da ein Blastoid keine echte Blastozyste ist, ist nicht ganz klar, welchem Entwicklungstag es entspricht und an welchem Punkt es sich lohnt, das Experiment abzubrechen. Daher behielten beide Gruppen ihre Blastoiden drei bis vier Tage nach der Implantation und beendeten das Experiment. Sie haben jedoch festgestellt, dass ihre künstlichen Embryonen ungefähr die gleichen Entwicklungsstadien durchlaufen, die echte Embryonen im Mutterleib durchlaufen sollen.
Wie es sich für eine neue Technologie gehört, sieht die Klonierungsmethode "Tleilaxi" noch recht grob aus. Blastoide werden nicht jedes Mal produziert, alle notwendigen Zelltypen erscheinen nicht immer in ihnen und ihre Geometrie ist nicht leicht zu kontrollieren. Schließlich, bis sogar die erste Maus geboren wurde, auf neue Weise geklont - was können wir über einen Menschen sagen. Für die Zukunft haben die Entwickler jedoch große Pläne. Sie versprechen, die Technologie so weit zu verfeinern, dass Blastoide mit menschlichen Blastozysten identisch werden (und sie könnten zum Beispiel die Folgen genetischer Veränderungen untersuchen) - und sie weisen transparent an: Die Erzeugung solcher Embryonen erfordert eine Überarbeitung der aktuellen Rechtsvorschriften über Experimente an Embryonen.
Dieses Gesetz ist bereits überarbeitungsbedürftig, und die Internationale Gesellschaft für Stammzellforschung verspricht, im Frühjahr eine neue Version der Leitlinien zu veröffentlichen. Wie die Autoren einer redaktionellen Anmerkung in Nature bemerken, können Experimente an künstlichen Embryonen jedoch weniger Sympathie in der Öffentlichkeit hervorrufen als Manipulationen mit echten Embryonen - obwohl sie bei identischer Struktur den gleichen Herzschlag, die gleiche Zwerchfellbewegung und die gleichen übertragenen Nervenimpulse haben … Müssen sie separate Regeln für sie schreiben oder werden Wissenschaftler zustimmen, alle Embryonen unabhängig von ihrer Herkunft gleich zu behandeln?
Als Paul Atreides zum ersten Mal auf den Ghola seines verstorbenen Freundes und Lehrers Duncan Idaho trifft, zögert er. Nicht Idaho steht vor ihm, sondern sein Körper. Ist er dem künstlich geschaffenen Fleisch zu Dank verpflichtet, "in dem sich Lüge und Wahrheit mischen"? Heute, da wir nahe daran sind, etwas zu erschaffen, das ein echter Ghola sein könnte, stellt sich vor uns auch die Frage, was im Fleisch vermischt ist. Und da sich die Klonmethoden verbessern, müssen wir nicht nur unsere Vorstellung davon überdenken, wo die Einzigartigkeit eines Menschen beginnt (die nicht mehr durch die Summe seiner Gene bestimmt werden kann), sondern auch, wo sein Leben beginnt - insbesondere für uns selbst wer zählt es von der Begegnung des Spermiums mit der Eizelle.
