Mutterlose Maus mit zwei Vätern

Wissenschaftler fanden heraus, wie zwei männliche Tiere ohne den genetischen Beitrag eines Weibchens Nachwuchs haben können.

Zwei Hauptgründe sprechen eigentlich dagegen, dass aus zwei miteinander verschmolzenen männlichen Zellen ein lebensfähiger komplexer Organismus entstehen kann. Genetikern und Entwicklungsbiologen ist es nun gelungen, diese Hürden zu überwinden.

Eizelle und „genetische Prägung“ bedingen normalerweise einen weiblichen Gegenpart

Bei der Eizelle handelt es sich um einen spezialisierten, komplexen Zelltyp, der ausschließlich von weiblichen Säugetieren produziert wird. Während das männliche Spermium hauptsächlich dazu dient, die eine Hälfte des genetische Materials zu liefern, kommt der Eizelle zusätzlich noch die Aufgabe zu, das entstandene Verschmelzugsprodukt zu erhalten und die nachfolgenden Zellteilungsmuster zu steuern. Auf diese „Maschinerie“ innerhalb einer Eizelle dürfte daher eigentlich nicht verzichtet werden.

Manche überlebenswichtige Stoffe im Körper werden nur dann produziert, wenn die Gene für diese Stoffe entweder vom Vater oder von der Mutter stammen. Ein bestimmtes Protein beispielsweise taucht nur dann auf, wenn genetisches Material vom Vater vorhanden ist, welches zuvor in einer speziellen Art und Weise in der Spermazelle markiert war. Andere Proteine wiederum können nur entstehen, wenn die markierte genetische Vorlage dazu von der Mutter stammt. Dieses Phänomen bezeichnet man als genetischen Stempel oder als Prägung.

Herstellung von Stammzellen mit fehlendem Geschlechtschromosom

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, begannen die Wissenschaftler mit Vater 1, einem männlichen Mäuseembryo (XY Chromosomen in den Körperzellen), dem Zellen aus dem Bindegewebe entnommen wurden. Die genetische Information in diesen Zellen, deren Leseart sie ursprünglich zu Bindegewebszellen werden ließ, wurde reprogrammiert. Dazu benutzte man Viren, welche modifizierte Kopien bestimmter Gene in die Zellen einschleusten. Die Bindegewebszellen wurden dadurch zu „induzierten pluripotenten Stammzellen“ (iPS-Zellen), also zu Zellen, die in der Lage sind sich in alle Gewebearten des Körpers zu entwickeln. Als nächstes musste von den beiden Geschlechtschromosomen das Y-Chromosom entfernt werden. Da dies während Zellteilungsprozessen immer wieder bei 1-3 % der Zellen spontan auftritt, mussten die Wissenschaftler solche X0 Zellen nur ausfindig machen. Auch bei Menschen kommt es vor, dass Individuen mit einer X0-Chromosomenausstattung geboren werden (Turner-Syndrom). Diese Frauen sind dann unfruchtbar – im Gegensatz zu weiblichen Mäusen.

Maus-Chimären aus männlichen und weiblichen Tieren

Die X0-Stammzellen von Vater 1 wurden nun in die Blastozyste einer weiblichen Maus eingepflanzt. Eine Blastozyste ist ein aus wenigen Zellen bestehendes, kugelförmiges Embryonenstadium. So entstand eine Chimäre, also ein Organismus, der aus genetisch unterschiedlichen Zellen und Geweben aufgebaut ist. In diesem Fall aus Zellen von Vater 1 mit dem Geschlechtschromosomensatz X0 und den Zellen des weiblichen Tieres mit dem Geschlechtschromosomensatz XX. Hintergrund des ganzen ist, dass die entstandene weibliche Chimären-Maus nun Eizellen produziert, welche die Geschlechtschromosomen-Ausstattung von Vater 1 enthalten. Die weibliche Chimären-Maus diente also lediglich dazu, die Stammzellen von Vater 1 in eine weibliche Zellform, die Eizelle, ausdifferenzieren zu lassen, wobei das Erbgut der Stammzellen dadurch gleichzeitig mir der weibchentypischen genetischen Prägung markiert wurde. Nun kommt auch endlich Vater 2 ins Spiel, eine geschlechtsreife männliche Maus, deren Spermazellen genutzt wurden, um die Eizellen mit dem genetischen Material von Vater 1 zu befruchten. Die daraus entstandenen Mäuse besaßen also ausschließlich Gene, welche von den zwei männlichen Tieren stammten.

Zusammenfassen kann man das Verfahren demnach wie folgt:

  1. Herstellung von Stammzellen aus den Körperzellen eines männlichen Tieres.
  2. Einpflanzen der Stammzellen in weiblichen Embryo, damit die Stammzellen zu Eierstöcken werden, welche Eizellen mit männlichem Genom produzieren.
  3. Befruchtung dieser Eizellen durch Spermazellen eines anderen Männchens. Resultat: Nachkommen mit der genetischen Ausstattung ausschließlich von beiden Männchen.

Erkenntnissgewinn aus den Mäusen mit den zwei Vätern soll bei Artenschutz und Krankheitsbekämpfung helfen

Die Forscher hoffen, aus solchen Erkenntnissen Möglichkeiten für den Erhalt seltener Arten zu gewinnen. Dazu soll nun auch versucht werden, den umgekehrten Weg zu gehen und Spermazellen aus weiblichen Körperzellen entstehen zu lassen. Im landwirtschaftlichen Bereich könnte diese Methode Anwendung finden, etwa wenn es darum geht, die gewünschten Merkmale zweier männlicher Tiere im Nachwuchs hervortreten zu lassen, ohne dass es zu einer Auskreuzung mit dem weiblichen Tier kommt. Mitochondrien, die „Kraftwerke“ der Zelle, werden nur von den mütterlichen Eizellen weitergegeben. Fehler in ihrer DNA führen zu Krankheiten. Mit der Möglichkeit, Mitochondrien auch von väterlicher Seite weiterzugeben, mögen solche Krankheiten umgangen werden. Auch bei Geschlechtschromosomen bedingter Unfruchtbarkeit könnte diese Stammzellen-Methode Abhilfe schaffen. Weiterhin würden sich Möglichkeiten für homosexuelle Paare ergeben, die sich Kinder wünschen, welche auch genetisch von beiden Partnern abstammen.

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