Transgene Tiere

Einleitung

Schon seit der Mensch sesshaft geworden ist, hat er versucht mit gezielten Kreuzungen die Leistungen und Erträge seiner Nutztiere zu verbessern. So haben beispielsweise unsere heutigen Milchkühe wenig gemein mit ihren früheren Verwandten und Wildformen. Unsere Kühe produzieren im Vergleich enorm viel mehr Milch und liefern verhältnismässig auch mehr Fleisch. Dieser ganze Prozess mit der Züchtung und der anschliessenden Vermehrung der Tiere dauert ja nach Tierart aber bis zu mehreren Jahren und man braucht auch sehr viel Zeit und versuche um das gewünschte Resultat zu erreichen. Zudem ist für die Züchter hinderlich, dass neue Genkombinationen nur innerhalb einer Art möglich ist.

Mit den Methoden der Gentechnik gab man aber den Tierzüchtern ein neues, effektives Instrument in die Hand, dass den Zeitbedarf auf ein Minimum reduziert und alle Wünsche und Vorstellungen möglich macht.

Schon bald kamen die Wissenschaftler auch auf die Idee, dass mit der Gentechnik nicht nur bessere Tiere züchten kann, sondern dass es auch möglich ist, die Tiere mit Genen dazu zu bringen, Proteine und medizinische Stoffe herzustellen die sonst nur in Aufwendigen industriellen Verfahren produziert werden können. Schon bald machten sich viele Wissenschaftler eifrig an die Arbeit, aber es stellte sich bald heraus, dass man die Gene nicht einfach in die Erbinformation integrieren kann und dass auch nicht einfach das Medikament aus der Tieren gewonnen werden kann.

Methoden

Die Übertragung von fremden Erbinformationen ist nur dank dem Universalencode der Erbinformation möglich. Man kann Tiere auf 2 Arten genetisch verändern. Entweder transferiert man ein neues Gen in die DNA oder man inaktiviert ein Gen. Man spricht dabei von Knock-In resp. Knock-Out.

Beim Knock-In unterscheidet man zudem zwischen mehrere unterschiedlichen Methoden:

Die älteste Methode ist die Mikroinjektion. Schon in den achtziger Jahren haben Wissenschaftler herausgefunden, dass fremde DNA in befruchteten Eizellen in die Zell-DNA integriert wird. Man schneidet nun das gewünschte Gen aus der Spender- DNA und koppelt ihn an einen Promotor. Der Promotor ist nötig, weil man nicht davon ausgehen kann, dass ein integriertes fremdes Gen auch ein aktives Gen ist. Zusätzlich werden an die Enden des DNA-Abschnitts noch homologe Sequenzen eingefügt, damit man steuern kann wo das Gen eingebaut wird. Diese homologen Abschnitte sind jedoch keine Garantie, sie erhöhen nur die Wahrscheinlichkeit der richtigen Einbaus.

Danach wird das DNA-Fragment mit einer Pipette in eine kurz vorher befruchtete Eizelle injiziert (die Erbinformationen sind noch in 2 Vorkerne aufgeteilt), geschieht es später ist der Einbau nicht mehr möglich. Durch die freien DNA-Fragmente in der Eizelle wird ein Reperaturmechanismus aktiviert, der die fremde DNA automatisch in die DNA des Zielorganismus eingebaut. Danach wird die Eizelle in ein hormonell behandeltes Muttertier implantiert. Die Hormone bewirken, dass das Muttertier meint, dass es schwanger ist.

Zur Selektion koppelt man das Gen zusätzlich noch einen Marker. Man kann zum Beispiel einen Marker verwenden der die Zelle gegen ein Protein oder Stoff immun macht. Oder man kann ein Gen einbauen, das fluoreszierende Proteine produziert. 

Seit kurzem hat man herausgefunden, dass man auch einen zweiten Marker in den Abschnitt integrieren kann, der nur dann aktiviert wird wenn der Abschnitt in einen nicht-homologen Abschnitt integriert wird. Damit kann man gegebenenfalls eine negative Selektion machen.

Diese Methode ist aber sehr aufwendig, weil man zuerst die Weibchen mit Hormonen manipulieren muss, damit sie nicht nur eine Eizelle produzieren. Zudem muss die  Befruchtung in kurzer Zeit erfolgen und die Erfolgschancen sind relativ gering.

Ahnlich wie bei Pflanzen kann man versuchen einzelne Zellen gezielt zu manipulieren. Man entnimmt  deshalb einem Zielorganismus ca. 3 Tage nach der Befruchtung die Blastozyste, also die Stammzellen. Danach versucht man die fremde DNA einzuschleusen. Durch Selektion entnimmt man die veränderten Stammzellen und implantiert sie in einen anderem Blastozysten. Die Stammzellen werden sofort integriert und werden nicht abgestossen. Der Nachteil ist aber, dass man nicht weiss welche Zellen schlussendlich das fremde Gen enthalten. Mit viel Glück sogar die Keimzellen.

Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von Retroviren für den Transfer der Gene. Aber viele Wissenschaftler lehnen diese Methode ab, weil man nicht sicher sein kann, dass die Retroviren, obwohl entschärft, sich doch nicht verändern und eine Krankheit übertragen. Man entnimmt dem Gen dazu essentielle Stukturgene die die Ausbildung von infektiösen Zellen und die Umschliessung und die Vernichtung der fremden RNA verhindern. Der Vorteil ist aber, dass man extrem wenig Viren braucht, da die Zellen infiziert werden und die neuen Gene sicher aufnehmen. Der Nachteil ist auch, dass nur eine begrenzte Menge injiziert werden kann.

Es gibt noch eine weitere Methode bei der die DNA in die Spermien eingebaut wird, mit denen man dann in-vitro die Eizellen befruchte. Das garantiert zumindest bei der Befruchtung eine 100 % Übertragung der Gene. Aber auch diese Methode ist sehr Aufwendig, da die Spermien winzig sind.

Das Problem bei allen Methoden ist aber, dass man nicht sagen kann wo und wie oft das Gen eingebaut wird. Falls das Gen richtig eingebaut ist, kann man nicht wissen ob es überhaupt aktiv ist. Das hängt oft von der Faltung der DNA und auch von einer eventuellen Methylisierung ab. Oft braucht man auch viele Anläufe um ein gewünschtes Resultat zu erreichen. Es besteht auch oft die Gefahr, dass durch das eingebaute Gen andere ausgeschaltet werden. Die Methoden garantieren auch nicht, dass das Gen weitervererbt wird. Diese Ungewissheit geht immer auf Kosten der Tiere, die dann oft Missbildungen oder Fehlfunktionen haben, wenn sie die Prozedur überleben. Das Problem ist vor allem das die Methoden auf dem Stand der achtziger Jahre stehen geblieben sind.

Um dem Problem mit der Vererbung der Gene abzuhelfen, kam den Wissenschaftlern der Erfolg von Dolly und dem Klonen zur Hilfe. Da man oft feststellen musste, dass das entsprechende Gen nicht in den Keimzellen enthalten ist, entnimmt man die komplette Erbsubstanz, die das Gen sicher enthält und klont die Zelle und damit das Tier nach dem bekannten Verfahren und den bekannten Folgen.

Es gibt wie schon erwähnt auch ein Knock-Out-Verfahren.  Streng genommen ist es aber keine Herstellung eines transgenen Tieres, denn je nach Definition kann ein Tier nur transgen sein wenn des die DNA eines fremden Indivium in sich trägt. Es wird aber trotzdem oft in Zusammenhang mit der Züchtung von Tieren erwähnt, so dass ich es trotzdem kurz erläutere. Forscher können mit dieser Methode untersuchen was passiert, wenn ein bestimmtes Gen ausgeschaltet wird und somit hat die Methode auch einen medizinischen Nutzen.

Die Methode ist auch fast identisch wie beim Knock-In. Man entnimmt dem Zielorganismus mehrere Stammzellen. Danach konstruiert man ein DNA-Abschnitt der aber kein Protein kodiert und koppelt in an homologe Abschnitte des Zielgens und einen Marker. Durch Selektion kann man die positiven Stammzellen auswählen und weiter züchten. Nach dem Einbau entfernt man dieses Gen wieder und zurück bleibt eben diese Genlücke. Danach injiziert man diese Abschnitte in die Stammzellen und züchtet sie.

Pro und contra

Die Meinungen über die Nützlichkeit transgener Tiere gehen stark auseinander. Die Wissenschaftler sagen, dass sie eigentlich nur einen Prozess beschleunigen, der in der Natur sowieso vorkommt.

Zudem verbirgt sich in transgenen Tieren ein enormes Potential für die Medizin. Sei es durch die Gewinnung von Medikamenten oder durch die Erforschung von Krankheiten, in dem man z. Bsp. Krebsgene weitervererbt.

Man kann auch 3. Weltstaaten helfen, in dem man seine Tiere nützlicher und auch effizienter macht.

Die Kritiker kritisieren vor allem die Tatsache, dass man nicht bestimmen kann und auch nicht weiss wo die Gene eingebaut werden. Das hat für die Tiere eine katastrophale Folge. Das Gen kann je nach seiner Position ein Tier zum Krüppel machen. Oft werden nicht oder nur kurz lebensfähige Tiere gezüchtet. Es stellt sich natürlich die Frage ob ein Mensch ein Tier bewusst zum Krüppel machen darf.

Es gibt auch viele die sagen, dass sich der Mensch nicht das Recht nehmen darf Gott zu spielen und dass man die Mutation und die Modifikation von Genen der Natur überlassen soll.

Andere befürchten auch, dass man den Tierzüchtern ein Instrument in die Hände legte, dass sie zu hemmungslosen Kombinationen verleitet.