AUS DEM SPIEGEL
Ausgabe 5/2017

Biotechnik Geburt der Fabelwesen

Seit Jahrtausenden träumen Menschen von Mischwesen, nun haben gleich zwei Forscherteams Chimären erschaffen. Doch was, wenn Mäuse zu sprechen beginnen?

Versuchstiere aus dem Nakauchi-Labor: Ratten-Maus-Chimäre, Laborratte, Labormaus
Tomoyuki Yamaguchi

Versuchstiere aus dem Nakauchi-Labor: Ratten-Maus-Chimäre, Laborratte, Labormaus

Von


Schneeweiß sind sie, mit roten Knopfaugen. Wenn ein Laborant sie aus dem Käfig nimmt, dann schnuppern sie neugierig - so wie es Laborratten eben tun. Nur ein paar schwarze Flecken im Fell scheinen die Tiere von ihren Artgenossen zu unterscheiden.

Titelbild
Dieser Artikel ist aus dem SPIEGEL
Heft 5/2017
Der Machthunger des Kandidaten Schulz

Und doch sind dies Ratten, wie sie nie zuvor geboren wurden. Sichtbar wird dies allerdings erst, wenn die Forscher den geöffneten Leib der Tiere ins Licht halten.

Da und dort ist dann im Gewebe ein schwaches Grün zu erkennen. Ein Organ aber sticht hell leuchtend hervor. Es handelt sich um die Bauchspeicheldrüse, und das grüne Fluoreszenzlicht stammt von Markermolekülen, die zeigen: Dieses Organ stammt nicht von der Ratte. Es ist hervorgegangen aus Mäusezellen, welche die Forscher wenige Tage nach der Befruchtung in die Rattenembryonen injiziert haben. Mit anderen Worten: Die Ratten wurden mit einem Mäuseorgan geboren.

Gelungen ist diese Pioniertat einer Arbeitsgruppe um Hiromitsu Nakauchi von der kalifornischen Stanford University. Eigentlich ist er Arzt, doch die Arbeit als Internist befriedigte ihn nicht. "Es frustrierte mich, dass ich so vielen Patienten nicht helfen konnte", sagt er. Nakauchi beschloss, in die Forschung zu gehen. Dort hoffte er, einen Beitrag zu einer Medizin der Zukunft leisten zu können, in der die Ärzte erfolgreicher sind. Die Maus-Ratten, die er jetzt mit seinem Team erschaffen hat, sollen den Weg dorthin ebnen. "Chimären" lautet das Zauberwort, unter dem diese Form der Forschung läuft. Es ist ein Begriff, dem Magie anhaftet.

Seit je haben diese Mischwesen die Fantasie beflügelt. Ein 35.000 Jahre alter Löwenmensch aus dem süddeutschen Lonetal gilt als eines der ältesten Kunstwerke der Menschheitsgeschichte. Später bekam er Gesellschaft von einem ganzen Bestiarium aus Zentauren, Sphinxen, Greifen, Werwölfen und Meerjungfrauen. In Homers "Ilias" taucht Chimaira höchstpersönlich auf. Der Dichter beschreibt sie als Feuer speiendes Ungeheuer, "vorn ein Löw', und hinten ein Drach', und Geiß in der Mitte".

All das waren Hirngespinste. Jahrtausendelang wurden Chimären nur in den Köpfen geboren - bis vor gut 40 Jahren Biotechnologen erstmals versuchten, reale Mischwesen aus verschiedenen Säugetieren zu kreieren. Sie injizierten Zellen einer Art in Embryonen einer anderen und beobachteten, wie sie sich in der fremden Umgebung zurechtfanden.

Lange zeigte sich die Natur widerspenstig. So gliederten sich Rattenzellen nur vereinzelt in einen Mäuseorganismus ein. Wissenschaftlich war das interessant. Aber Monstren wie im Fabelreich ließen sich so nicht herstellen. Das könnte sich ändern.

Zwar steht die Kunst der Tierchimärenproduktion noch immer am Anfang. Doch neues Handwerkszeug erleichtert den Wissenschaftlern die Arbeit. Vor allem das sogenannte Genome Editing erlaubt es ihnen, das Erbgut von Zellen gezielt zu manipulieren und so ihr Schicksal besser zu steuern.

Eindrucksvoll zeigen dies Nakauchis Rattenexperimente. Dem Mediziner ist es nicht nur gelungen, in einer Art das vollständige Organ einer anderen zu erschaffen, sondern er demonstrierte auch den medizinischen Nutzen des Verfahrens: Er entnahm seinen Versuchsratten das Mäuse-Pankreas und gewann daraus Hunderte der kleinen Insulin-produzierenden Langerhans-Inseln. Diese transplantierte er dann in zuckerkranke Mäuse und wies nach: Ihr Diabetes war geheilt.

Irgendwann, so hofft Nakauchi, wird es auf ähnliche Weise möglich sein, Menschenorgane in Schweinen, Schafen oder Rindern zu züchten. Herz-, Nieren- und Lebermangel der Transplantationsmedizin wären dann Vergangenheit.

Vorsichtig hat Nakauchi deshalb begonnen, sich aufs Terrain des Menschlichen vorzutasten. In Schafembryonen, erzählt er, habe er menschliche Stammzellen eingeschleust. Noch allerdings integrierten sich diese schlecht. Es sei zu früh, Ergebnisse zu verkünden.

Nakauchi spricht ungern über diese Experimente, denn er weiß: Schnell regen sich Ängste, dem Labor könnten sprechende Schweine oder zweibeinige Schafe entspringen. Widerstand ist er aus Japan gewohnt. In seinem Heimatland verbieten die Richtlinien die Erschaffung solcher Mischwesen aus Mensch und Tier. Deshalb wechselte Nakauchi an die Stanford University. Doch Skepsis begegnet ihm auch in Amerika. So verhängte die Gesundheitsbehörde NIH vor anderthalb Jahren ein Förderstopp für alle Versuche, deren Ziel die Injektion menschlicher Stammzellen in Tierembryonen ist.

Der größte Teil dieser Chimärenforschung findet nun in Kalifornien statt, wo die Regierung dieser Art von Wissenschaft gegenüber aufgeschlossen ist. Nakauchis Forschungsgruppe wird vom California Institute for Regenerative Medicine mit 5,5 Millionen Dollar unterstützt.

Andere Wissenschaftler im Golden State wetteifern mit ihm. Gerade wurde Nakauchi von einem Rivalen übertrumpft, der knapp 700 Kilometer weiter südöstlich am Salk Institute in La Jolla forscht: Am Tag nachdem Nakauchi in der Zeitschrift "Nature" von seinen Rattenexperimenten berichtete, verkündete Juan Carlos Izpisúa Belmonte im Konkurrenzblatt "Cell", ihm sei die Verschmelzung von Mensch und Schwein gelungen.

Zwar beeilt sich der Forscher zu beteuern, dass dies nur allererste Ergebnisse seien. In allen Fällen habe er die Trächtigkeit der Muttertiere nach vier Wochen abgebrochen, als die Chimärenembryonen gerade einmal ein bis zwei Zentimeter groß waren. Die Beimischung menschlicher Zellen darin sei auch nur sehr gering gewesen. Jede 100.000. Zelle erwies sich als menschlichen Ursprungs - und selbst das klappte nur bei einem der vier getesteten Stammzelltypen.

Trotzdem glaubt Izpisúa Belmonte, der Verwirklichung eines großen Traums einen großen Schritt näher gekommen zu sein: des Traums vom Menschenherzen aus dem Schweinestall. Er kann sich noch gut an das Gespräch erinnern, das für ihn den Ausschlag gab. Einem Kollegen gegenüber hatte er von der Vision geschwärmt, Menschenorgane im Tierkörper zu züchten. Dazu müsse er nur wissen, ob menschliche Zellen auch in Schweineembryonen gedeihen können. Die Antwort dieses Kollegen hat Izpisúa Belmonte nicht vergessen: "Er sagte: 'Das wirst du nur erfahren, wenn du die Ärmel hochkrempelst und es ausprobierst.'"

Das hat Izpisúa Belmonte nun gemacht. Verschiedene menschliche Stammzelltypen hat er getestet, mal hat er sie zu einem früheren, mal zu einem späteren Zeitpunkt der Entwicklung in den Wirtsorganismus injiziert. Meist nahm er dabei Schweine-, ein paarmal auch Rinderembryonen.

Die "Cell"-Veröffentlichung lässt erkennen, mit welcher Entschlossenheit sein Team ans Werk geht. Knapp 1500 chimärische Embryonen wurden in Sauen eingepflanzt, 186 von ihnen wuchsen an. Solch eine Massenproduktion von Chimären erfordert den Zugriff auf eine große Zahl von Tieren. Deshalb kooperieren die Forscher des Salk Institute neuerdings mit dem Massentierhalter Agropor in Izpisúa Belmontes Heimatland Spanien.

Die Forscher haben auch schon Pläne, wie es weitergehen soll. Denn sie kennen mittlerweile ein Verfahren, mit dem sie die Ausbeute von Menschenzellen in den Chimären steigern und ihre Entwicklung lenken könnten. Nakauchis Maus-Ratten beweisen, wie erfolgreich diese Strategie sein kann.

Bevor er Mausstammzellen in die Rattenembryonen injizierte, schaltete er in diesen ein Gen namens Pdx1 ab. Es dient während der Embryogenese als Schalter, der die Entwicklung der Bauchspeicheldrüse einleitet. Fehlt Pdx1, so entstehen Tiere, denen dieses Organ fehlt.

Im Rattenkörper bleibt eine Nische offen, die von den zugeführten Mäusezellen besiedelt werden kann. Dabei werden zelluläre Alleskönner eingesetzt, die grundsätzlich die Fähigkeit besitzen, jede beliebige Körperzelle auszubilden. Bevorzugt aber schlagen sie jenen Entwicklungspfad ein, der den Zellen ihres Wirts verwehrt ist. Das Ergebnis ist ein Tier, in dem sich überall verstreut Mäusezellen finden, in dem allerdings das Pankreas vollständig aus Mäusegewebe besteht.

Im Fall der Bauchspeicheldrüse funktioniert diese Methode gut, weil die Forscher mit Pdx1 ein machtvolles Steuergen kennen. Bei anderen Organen ist die genetische Regulierung komplizierter, doch hoffen Nakauchi und seine Mitstreiter, das Verfahren abwandeln zu können. Es gelang ihnen bereits, Mäuse mit Rattenthymus zu kreieren, bei der Niere glaubt sich Nakauchi auf einem guten Weg, und auch bei Lunge und Leber, sagt er, seien die Ergebnisse vielversprechend. Sein Konkurrent Izpisúa Belmonte kann derweil Fortschritte bei der Bildung von Herz und Auge vorweisen. In seinem Labor entstanden Mäuse, welche die Welt - zumindest teilweise - mit Rattenaugen sehen.

Ob allerdings Experimente, die bei Maus und Ratte klappen, auch bei Mensch und Schwein funktionieren werden, ist ungewiss. Die Uhr der Entwicklung tickt in beiden Arten unterschiedlich. Ein Ferkel wird nach 115-tägiger Trächtigkeit geboren, ein menschlicher Organismus braucht neun Monate, sich auszubilden. Gehorchen die Zellen einem inneren Taktgeber, oder vermögen sie ihr Entwicklungstempo der artfremden Umgebung anzupassen? Noch wissen die Forscher es nicht.

Hoffnung gibt ihnen ein Befund, den Nakauchi bei seinen Maus-Ratten festgestellt hat: Zumindest was die Größe eines Organs betrifft, scheinen die Zellen erstaunlich anpassungsfähig zu sein. Das Pankreas der Chimären bestand zwar aus Mäusezellen, seine Größe jedoch war die einer Ratte. In dem artfremden Wirtstier war das Organ auf das Zehnfache seiner natürlichen Größe angeschwollen.

Die größte Herausforderung bei der Chimärenbildung aber besteht darin, die evolutionäre Distanz zweier Arten zu überbrücken. Die beiden Nager Mus musculus und Rattus norvegicus sind durch rund 20 Millionen Jahre Evolution getrennt. In einer solch langen Zeit hat sich das chemische Vokabular, mit dessen Hilfe die Zellen sich verständigen, merklich verändert. Ihr Aufeinandertreffen lässt sich vergleichen mit dem Gespräch eines Schwaben mit einem Sachsen: Zur Not verstehen sie sich, auch wenn es manchmal schwerfällt.

Der Abgrund jedoch, der sich zwischen Mensch und Schwein auftut, ist weitaus größer. Der letzte gemeinsame Vorfahr von Sus scrofa und Homo sapiens lebte vor 95 Millionen Jahren, er war ein Zeitgenosse der Dinosaurier. Viel Zeit ist also verstrichen, um Mutationen anzusammeln, die eine Kommunikation der Zellen erschweren könnten. Es ist, um im Vergleich zu bleiben, als redete ein Schwede mit einem Niederländer: Ein paar Wortfetzen schnappen sie zwar auf, der Sinnzusammenhang jedoch geht oft verloren.

Einen Weg gäbe es, die evolutionäre Distanz zu verkürzen: Statt Schweinen könnten die Forscher einen näheren Verwandten des Menschen wählen. Das allerdings ist den Wissenschaftlern allzu heikel: Primaten, da sind sie sich einig, sind bis auf Weiteres tabu.

Die Bioethikdebatte über die Frage, welche Art von Chimärenbildung zulässig sein soll, mutet mitunter befremdlich an. Viele befällt bei der Vorstellung von Mischwesen aus dem Labor ein diffuses Unbehagen. Doch fällt es oft schwer, genau zu sagen, was daran so verwerflich sei.

Eine Sorge immerhin lässt sich benennen: Die Kritiker befürchten, dass menschliche Nervenzellen im Gehirn der Chimären landen könnten. "Das Schreckgespenst von einer intelligenten Maus, die im Käfig sitzt und schreit: ,Ich will hier raus!', finden viele Leute sehr beunruhigend", konstatierte der NIH-Ethiker David Resnik.

Den Forschern selbst scheinen solche Ängste unbegründet. "Solange die Beimischung menschlicher Zellen gering bleibt, ist eine Veränderung kognitiver Eigenschaften extrem unwahrscheinlich", meint Nakauchi.

Doch auch er weiß: Überraschungen sind möglich. Das zeigt ein Experiment, das Neurobiologen an der University of Rochester im Bundesstaat New York durchgeführt haben. Das Gehirn von neugeborenen Mäusen besiedelten sie mit Vorläufern menschlicher Gliazellen. Dann stellte sich heraus, dass die so entstehenden Chimären ein auffällig gesteigertes Gedächtnis besaßen.

Solche Effekte möchten Nakauchi und Izpisúa Belmonte bei ihren Mensch-Tier-Kreationen auf jeden Fall vermeiden. Deshalb wollen sie mit genetischen Schaltern den Entwicklungspfad hin zu Nervenzellen blockieren. "Wir sind sehr zuversichtlich, dass wir auf diese Weise verhindern können, dass menschliche Neuronen ins Gehirn der Chimären gelangen", sagt Izpisúa Belmonte.

Auch sein Kollege Nakauchi setzt darauf, dass sich die Ängste auf diese Weise zerstreuen lassen. "Ich hoffe, die Leute begreifen, dass wir nicht Monster herstellen, sondern Schwerkranken helfen wollen", sagt der Mediziner.



insgesamt 1 Beitrag
Alle Kommentare öffnen
Seite 1
stefan-grotz 29.01.2017
1. Bitte kostenpflichtige Artikel auf Blendle verlinken
Für gute Artikel wie diesen bezahle ich gerne etwas, aber ich sehe nicht ein für jede Zeitung eine andere Webseite zu verwenden. Deswegen kaufe ich meine Artikel auf blendle.com. Es wäre super, wenn ihr bei den kostenpflichtigen Artikel einen Link auf den jeweiligen Artikel auf Blendle in die Bezahloptionen hinzufügen könntet, dann würde ich deutlich mehr Geld für Euch ausgeben. Wenn ich jedes Mal lange nach den Artikel suchen muss kaufe ich nur Artikel, die ich wirklich lesen möchte.
Alle Kommentare öffnen
Seite 1

© DER SPIEGEL 5/2017
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung


TOP
Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.