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Mehr Zeit zum Ausruhen? Sollte das neue Verfahren eines Tages zugelassen werden, hätten Zuchtbullen künftig weniger zu tun.

Crispr-Cas9

Tiere mit Genschere manipuliert - Forscher schaffen Leihväter für Zuchtbullen

  • Pamela Dörhöfer
    vonPamela Dörhöfer
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Ein US-Forscherteam setzt Genschere und Stammzellen-Transplantation ein, um männliche Tiere die Spermien von Artgenossen produzieren zu lassen.

  • Forscher wollen Tiere zu Leihvätern machen: Sie sollen das Erbgut anderer Tiere an die Nachkommen weitergeben.
  • Dazu werden die Genschere Crispr-Cas9 und die Transplantation von Stammzellen eingesetzt.
  • Die Methode könnte die Produktion von Nahrungsmitteln effizienter machen und gefährdete Arten erhalten.

Leihvater als Lebensaufgabe, geboren, um Spermien mit dem Erbgut eines anderen zu produzieren und es an die Nachkommen weiterzugeben: Was nach einem Zukunftsroman im Stil von „Schöne neue Welt“ klingt, haben US-amerikanische Forscherinnen und Forscher um Michela Ciccarelli von der Washington State University jetzt in einer „proof of concept“-Studie an Nutztieren und Mäusen erprobt. Getestet wurde ein komplexes Verfahren, eine Kombination aus der Genschere Crispr-Cas9 und der Transplantation von Stammzellen.

Das Forscherteam hat die Vorstellung, dass die neue Methode künftig vor allem in der Tierzucht eingesetzt werden kann. Auf diese Weise müsste dann zum Beispiel ein Zuchtbulle nicht immer nur selbst ran: Ausgestattet mit Spermien, die sein Erbgut tragen, könnten Geschlechtsgenossen, die selbst als weniger fortpflanzungswürdig eingeschätzt werden, weibliche Tiere befruchten – die dann Nachkommen des Prachtkerls zur Welt brächten. In ihrem im Fachmagazin „PNAS“ veröffentlichten Artikel schreiben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, sie hofften, dass sich mit einem solchen Verfahren künftig die globale Produktion von Nahrungsmitteln effizienter machen und möglicherweise auch gefährdete Arten erhalten ließen.

Leihvater als Lebensaufgabe: Tiere zeugen Nachwuchs mit fremden Genen

Als Testtiere für die Leihväterschaft dienten Rinder, Schweine, Ziegen und Mäuse. Das Forscherteam nahm sich dafür männliche Embryonen vor und schaltete bei ihnen das für die Fruchtbarkeit verantwortliche Gen Nanos2 aus. Die Tiere wurden deshalb zunächst steril geboren, verfügten aber über voll funktionsfähige Hoden. Für ihren Eingriff ins Erbmaterial der Embryonen nutzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Genschere Crispr-Cas9. Mit dieser Methode des „Genome Editing“ (deutsch: Genom-Bearbeitung) lässt sich Erbgut gezielt verändern, indem bestimmte Gene zerstört oder ausgeschaltet oder auch neue eingefügt werden.

Anschließend transplantierten die Wissenschaftler in die Hoden der späteren Leihväter spermaproduzierende Stammzellen, die sie anderen männlichen Tieren entnommen hatten. Wie die Forscher berichten, produzierten die Leihväter fortan ausschließlich Spermien, die das genetische Material der Spender enthielten.

Tierische Leihväter gaben die fremden Gene an den Nachwuchs weiter

Bei Mäusen gingen sie mit ihren Versuchen noch einen Schritt weiter und beobachteten, was passiert, wenn die von ihnen manipulierten Nager sich fortpflanzen. Tatsächlich gaben die Leihväter die fremden Gene über natürliche Paarung an den Nachwuchs weiter.

Ob das Ganze auch bei größeren Nutztieren funktioniert, haben die Forscher bislang noch nicht im Experiment getestet. Und selbst wenn es klappen sollte: Derzeit ist es noch verboten, Tiere, die auf diese Weise verändert wurden, in der Nahrungskette einzusetzen.

Deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler reagierten auf die Forschungsergebnisse aus den USA verhalten positiv. Björn Petersen vom Institut für Nutztiergenetik am Friedrich-Loeffler-Institut, dem Bundesforschungsinstitut für Tiergesundheit, bewertet sie als „wissenschaftlich großen“ und „hochinteressanten“ Fortschritt – jedoch nicht als „Paradigmenwechsel zur selektiven Tierzüchtung“: „Sie bietet nur eine neue Methode des Erhalts und der Vermehrung von Genetik“. Petersen geht allerdings nicht davon aus, dass die Leihväterschaft schon bald in der Tierzucht gängige Praxis wird. Dazu seien die Methoden zu komplex.

Die Genschere

Crispr-Cas9 bezeichnet ein Verfahren, um DNA-Bausteine im Erbgut von lebenden Zellen gezielt zu verändern. Mit dieser Möglichkeit der punktgenauen Manipulation unterscheidet sich die Genschere von der klassischen Gentechnik, bei der auch der Zufall eine Rolle dabei spielt, wo sich ein neues Gen im Erbgut einbaut.

Als Schere fungiert ein natürlich vorkommendes Enzym, das den DNA-Doppelstrang an einer bestimmten Stelle durchtrennt. RNA-Moleküle bringen die Genschere exakt zu ihrem Zielort. Auf den herbeigeführten Bruch folgt die Reparatur des Doppelstrangs. Dabei geht das Gen, das ausgeschaltet werden soll, entweder verloren oder kann nicht mehr richtig eingefügt werden. Möglich ist es auch, ein anderes Gen an dieser Stelle einzufügen. Der Ursprung des Verfahrens ist natürlich: Bakterien nutzen den Mechanismus zur Erkennung und Abwehr von Viren.

Gefahr zunehmender Inzucht durch „Fokussierung auf einzelne Bullen“

Jens Tetens vom Department für Nutztierwissenschaften der Georg-August-Universität Göttingen schätzt das ähnlich ein. Er sieht außerdem die Gefahr zunehmender Inzucht durch eine „noch stärkere Fokussierung auf einzelne Bullen“.

Die Nutztierspezialistin Angelika Schnieke von der Technischen Universität München schätzt das Verfahren ebenfalls als noch nicht „marktreif“ ein. Für die Zukunft sieht sie aber Potenzial, wenn man Stammzellen isoliere und für spätere Anwendungen einfriere, „etwa, um seltene Rassen zu konservieren, um genetische Vielfalt beizubehalten oder für den Fall, dass ein wichtiges Zuchttier plötzlich verstirbt“. Auch könne man spermienproduzierende Stammzellen gezielt genetisch verändern, „um beispielsweise Krankheitsresistenzen zu erzeugen oder Mutationen zu korrigieren, die das Tierwohl beeinträchtigen“.

Genetik: Neue Technik könnte bei Schweinen interessant sein

Christa Kühn, Leiterin des Instituts für Genombiologie am Leibniz-Institut für Nutztierbiologie, findet, die neue Technik könnte „besonders interessant“ bei allen Tierarten sein, „bei denen die künstliche Besamung biologisch bedingt schwierig“ sei, etwa bei Schweinen. Sie sieht allerdings auch die Gefahr eines Verlustes von genetischer Vielfalt durch Leihväter-Konzepte, da nur noch eine sehr kleine Zahl an Spendern zu Vätern der nächsten Generation werde. „Das könnte zu Problemen führen, wenn diese Tiere unbekannte Defekte haben oder zum Beispiel sehr empfänglich für neue Erkrankungen sind.“

Björn Petersen sieht eine potenzielle Anwendung der Leihväterschaft nicht nur bei Nutztieren, die gegessen werden, sondern auch in der Pferdezucht. Auf diese Weise könnten etwa kastrierte Hengste „wieder für die Zucht zugänglich“ werden. Als „spannend“ sähe er es zudem an, herauszufinden, ob auch eine „speziesübergreifende“ Transplantation von spermaproduzierenden Stammzellen „zur Produktion von Sperma und Fertilität“ führen würde.

Es gibt auch „ethisch fragwürdige" Anwendungen - zum Beispiel zwischen Spezies

Gleichzeitig betont Petersen freilich, dass es „ethisch fragwürdig“ zu bewerten wäre, sollten solche Stammzelltransplantationen zwischen Spezies gelingen, „zum Beispiel von Maus zu Schwein oder schlimmstenfalls Mensch zu Tier“. In Bezug auf die aktuellen Experimente sieht er indes „derzeit wenig Probleme“.

Rechtlich ist die tierische Leihväterschaft bislang noch nicht geregelt. Die Leihväter selbst gelten durch den Einsatz der Genschere als genveränderte Organismen, die einer weitgehenden Regulierung unterliegen. Dem liegt ein Urteil des Europäischen Gerichtshofs von 2018 zugrunde. Demnach sind Pflanzen, die durch die Bearbeitung mit der Genschere entstanden sind, als gentechnisch veränderte Organismen anzusehen.

Wie sind die Nachkommen der genetisch manipulierten Leihväter einzustufen?

Nicht klar ist jedoch, wie die Nachkommen der genetisch manipulierten Leihväter einzustufen sind, sagt Petersen. „An dieser Stelle besteht in Zukunft großer Handlungsbedarf von Seiten der Regierungen, gesetzliche Rahmenbedingungen zu schaffen, die auch solche Methoden einschließen.“

Und dann steht noch eine wichtige Frage im Raum: Was bei Maus, Rind und Schwein funktioniert – wäre das ebenso beim Menschen möglich? „Das in der Publikation beschriebene Verfahren ist auch auf den Menschen übertragbar“, sagt der Rechtswissenschaftler Hans-Georg Dederer von der Universität Passau. Eine „gespaltene Vaterschaft“ sei im deutschen Recht – anders als die Leihmutterschaft – „dem Grund nach nicht verboten“. Allerdings liege durch die Ausschaltung der Fruchtbarkeit mittels der verwendeten Genschere eine Keimbahnmanipulation vor. Und diese ist nach dem Embryonenschutzgesetz verboten. (Pamela Dörhöfer)

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