Klonen (altgr. klon ‚Zweig‘, ‚Schößling‘) bezeichnet die Erzeugung eines oder mehrerer genetisch identischer Individuen von Lebewesen. Die Gesamtheit der genetisch identischen Nachkommenschaft wird bei ganzen Organismen wie auch bei Zellen als Klon bezeichnet. Das Erzeugen von identischen Kopien einer DNA wird hingegen als Klonieren bezeichnet.

Begriffsklärung mini|Alle Pflanzen besitzen die Möglichkeit des natürlichen Klonens.

In Zoologie und Botanik einerseits und der Reproduktionsmedizin und Zellbiologie andererseits werden verschiedene Begriffe als Klonen bezeichnet. So verstehen Zoologie und Botanik unter Klonen die teils natürliche, teils aber auch künstliche Entstehung neuer, erbgleicher Nachkommen aus größeren Gewebe- oder Organeinheiten eines Organismus. Einzellige Tiere, beispielsweise Amöben und Pantoffeltierchen, einige niedere Tiere, beispielsweise Polypen, alle Bakterien und alle Pflanzen besitzen die Möglichkeit des Klonens zur ungeschlechtlichen, d. h. vegetativen Vermehrung von Natur aus – Klonen stellt einen bedeutenden Beitrag in der Vermehrung dieser Lebewesen dar. Bei höheren Tieren ist die vegetative Vermehrung bedingt durch die wachsende Komplexität (d. h. die Zunahme der Zellzahl, die dauerhafte und weitgehend unumkehrbare Differenzierung der Zellen und der Bildung von Organen aus Geweben) sowie der ausschließlich heterotrophen Ernährungsweise nicht mehr möglich. Bei Amphibien können verlorene Extremitäten zwar unter Umständen vollständig regenerieren, das Heranwachsen eines kompletten Individuums aus einer Extremität, beispielsweise einem Bein, ist jedoch unmöglich.

mini|Eineiige Zwillinge bilden einen natürlichen Klon.

Im Gegensatz hierzu bezeichnet man in der Reproduktionsmedizin und Zellbiologie als Klonen im engeren Sinne die künstliche Erzeugung eines vollständigen Organismus oder wesentlicher Teile davon, ausgehend von genetischer Information (DNA), die einem bereits existierenden Organismus entnommen wurde. Hierbei wird in einem Zwischenschritt die Gewinnung bzw. Erzeugung von totipotenten Zellen und ein Limiting Dilution Cloning nötig, in der Regel embryonaler Stammzellen. In allen Fällen kann auf diese Weise eine Ontogenese (Entwicklung) eingeleitet werden, die zu einem neuen, genetisch identischen Individuum führt, wodurch zusammen mit dem Spenderindividuum ein Klon gebildet wird. Der normalerweise nötige Vorgang der Fertilisation (Befruchtung), bei der zwei haploide („halbe“) Genome zweier Individuen zu einem neuen diploiden Chromosomensatz vereint werden (Geschlechtliche Fortpflanzung), wird umgangen.

Bei höheren Organismen sind streng genommen alle Zellen trotz unterschiedlicher Funktionen Klone der befruchteten Eizelle (Zygote). Klonen (vegetative Vermehrung) ist somit Voraussetzung zur Bildung, Integrität und Funktion eines mehrzelligen Organismus, in dem alle Zellen das gleiche Erbgut tragen.

Das natürliche Pendant zum künstlichen Klonen ist die Entstehung eineiiger Zwillinge durch Teilen der Zygote und getrennter Entwicklung der „Tochterzygoten“ zu eigenständigen Embryonen.

Klontechniken In der Landwirtschaft In der Landwirtschaft hat die ungeschlechtliche, d. h. vegetative Vermehrung, das Klonen von Kulturpflanzen, eine sehr lange Tradition. Damit soll erreicht werden, dass das Genom von Kulturpflanzen, die in der Regel durch Züchtung gewonnen wurden und bestimmte genetisch determinierte Eigenschaften besitzen, durch die Vermehrung nicht verändert wird. Zum Beispiel sind aus Knollen entstehende neue Kartoffelpflanzen Klone, genauso alle Zwiebelpflanzen oder aus Ablegern gewonnene Erdbeer­pflanzen. Auch der gesamte Weinanbau beruht auf Stecklingsvermehrung, und Rebsorten sind im biologischen Sinne Klone. Das Gleiche gilt für alle Apfelsorten und die meisten anderen Obstsorten, die vegetativ durch Pflanzenveredelung vermehrt werden.Bundesinformationszentrum für Landwirtschaft (BLE): Was versteht man in der Landwirtschaft unter Klonen? 2021

Bei ausdauernden Kulturpflanzen, etwa bei Reben, wird meist klonenreines Pflanzgut in Verkehr gebracht, d. h. alle Reben eines bestimmten Klones stammen von einer einzigen Mutterpflanze ab. Somit ist gewährleistet, dass der gesamte Bestand innerhalb einer Kultur, etwa eines Weinberges, größtmöglich homogen ist. Der klonenreine Anbau wird teilweise mit uniformen Weinen in Verbindung gebracht, daher pflanzen einige Winzer mittlerweile Klonengemische, also verschiedene Klonherkünfte etwa der Sorte Riesling, an.

In der Zellbiologie und Reproduktionsmedizin mini|hochkant=2|Klonen durch Nukleustransfer

Bei Embryonen höherer Organismen ist die Entnahme von Zellen vor dem 8-Zell-Stadium eine der Möglichkeiten zur Herstellung von Klonen. Theoretisch ist die Herstellung von acht genetisch identischen Organismen, die zusammen einen Klon bilden, durch diese Methode möglich.

Die heute verwendete Methode des Klonens beruht auf der natürlichen Entwicklung eines neuen Organismus nach Nukleustransfer des Erbmaterials in eine normale Eizelle. Es gibt bisher kein Verfahren, mit dem man aus einem ausgewachsenen Tier ein neues, identisches, ausgewachsenes Tier herstellen könnte.

Für einen Nukleustransfer wird dem zu klonenden Organismus eine Zelle entnommen und daraus der Zellkern isoliert. Dieser Zellkern wird in eine unbefruchtete Eizelle, deren Zellkern entnommen worden ist, eingesetzt. Zur Anregung des natürlichen Programmes der weiteren Entwicklung wird die Eizelle entweder einem Stromstoß oder einem chemischen Stimulus ausgesetzt.

Je nach Art der weiteren Verwendung wird mit der Zelle nun unterschiedlich verfahren, siehe dazu die entsprechenden Abschnitte.

Da die Mitochondrien der Eizelle, die über eigene Erbinformationen verfügen, bei diesem Vorgang nicht ausgetauscht werden, entsteht mit dieser Methode kein genetisch identischer Klon, es sei denn, die Eizelle stammt vom Quellorganismus selbst. Ansonsten trägt der Klon im Zellkern die Erbinformation aus dem Quellorganismus, in den Mitochondrien aber die (Mitochondrien-)Erbinformation des Organismus, von dem die verwendete Eizelle stammt.

Therapeutisches Klonen Beim therapeutischen Klonen wird der Embryo nach wenigen Zellteilungen zerstört und die einzelnen Zellen in einer Kultur zum weiteren Wachstum gebracht. Mit Hilfe geeigneter chemischer und biologischer Stimuli (Wachstumsfaktoren) lässt sich aus diesen Stammzellen möglicherweise jede Gewebeart, vielleicht sogar ganze Organe züchten, oder die Stammzellen werden direkt in den Körper des Patienten eingebracht. Im Januar 2008 berichtete eine US-amerikanische Forschergruppe in einem Fachartikel, ihr sei erstmals das Klonen menschlicher Zellen gelungen. Die Blastozysten entwickelten sich dem Fachartikel zufolge bis zum 4. Tag nach dem Zellkerntransfer.

Der Vorteil dieser geklonten embryonalen Stammzellen liegt zum einen gegenüber adulten pluripotenten Stammzellen in der (zurzeit noch) größeren Vielfalt an züchtbaren Gewebearten und zum anderen gegenüber fremder bereits existenter embryonaler Stammzellen (z. B. aus überzähligen Embryonen von IVF-Versuchen) in der weitgehend vollständigen genetischen Identität dieser Stammzellen mit dem Patienten (nur das Genom der Mitochondrien (ca. 0,002 % des Gesamtgenoms) entspricht bei einer fremden Eizellspende nicht dem Genom des Patienten). Damit ist eine immunologische Abwehrreaktion des Empfängerkörpers weitgehend ausgeschlossen. Gefahren, wie das Entstehen von Tumoren (Krebs) durch diese Stammzellen, sind noch nicht abschätzbar und müssten vor einer Anwendung dieser Methode am Menschen wohl erst noch abgeklärt werden.

Reproduktives Klonen

Beim reproduktiven Klonen wird der Embryo von einer Leihmutter ausgetragen. Die Methode des Nukleustransfers ist bei vielen Säugetieren gelungen.

Tiere mini|Das Schaf Dolly war das erste geklonte Säugetier (hier ausgestellt im Royal Museum of Scotland). Bei Tieren verlief das Klonen bereits erfolgreichDie Angaben zu den zwischen 1996 und 2005 geklonten Arten entstammen einer Übersicht von Michael Detering in: Aufmarsch der Klonsteaks. In: Wirtschaftswoche, Nr. 6, 2009, S. 72–78 beim Hausschaf (Dolly, Juli 1996), bei der Hausmaus (Cumulina, Dezember 1997), beim Hausrind (Juli 1998), bei der Hausziege (Oktober 1998), beim Hausschwein (März 2000), Mufflon (Juli 2000), Gaur (Januar 2001) und Hauskaninchen (Mai 2001), bei der Hauskatze (CC, Dezember 2001) und Wanderratte (November 2002), beim Maultier (Mai 2003) und Hauspferd (Prometea, Mai 2003), bei der Afrikanischen Wildkatze (August 2003), beim Rothirsch (März 2004), Frettchen (März 2004), Wasserbüffel (März 2005),First cloned buffalo born. news.xinhuanet.com 21. März 2005 Haushund (Snuppy, April 2005) und Wolf (Oktober 2005). 2007 wurde von Stammzellforschern erstmals ein Rhesusaffe geklont,J. A. Byrne et al.: Producing primate embryonic stem cells by somatic cell nuclear transfer. In: Nature. Band 450, 2007, S. 497–502, doi:10.1038/nature06357 Erstmals Affe geklont. dw-world.de, 15. November 2007 (2017 folgten zwei geklonte JavaneraffenZhen Liu et al.: Cloning of Macaque Monkeys by Somatic Cell Nuclear Transfer. In: Cell. Online-Vorabveröffentlichung vom 24. Januar 2018, doi:10.1016/j.cell.2018.01.020) und 2009 gaben Forscher aus Dubai bekannt, ein Dromedar (Injaz) geklont zu haben.Das erste Klon-Dromedar ist auf der Welt. derstandard.at, 14. April 2009 Heute werden vor allem Zuchtpferde mit hohen sportlichen Erfolgen bereits im größeren Umfang geklont. Im Jahr 2008 kamen in Südkorea sieben geklonte Drogenspürhunde zur Welt, die, so die Hoffnung der südkoreanischen Zollbehörde, ähnlich erfolgreich sein würden wie das Original, ein Golden Retriever namens „Chase“.

Im August 2020 wurde in Texas von einem Hauspferd ein Przewalski-Fohlen geboren, das auf Grundlage der DNA eines männlichen Przewalski-Pferds geklont worden war, dessen Zellen man 40 Jahre zuvor tiefgefroren hatte. Nach Angaben des San Diego Zoo, dank dessen Projekts San Diego Zoo Global Frozen Zoo die Zellen gesichert worden waren, handelte es sich um das weltweit erste erfolgreich geklonte Przewalski-Pferd. Zugleich seien in den Zellen des Fohlen zuvor nicht mehr bei lebenden Tieren vorhandene Genvarianten wiederbelebt worden. Auf: sandiegozoo.org vom 4. September 2020. First Clone of Endangered Przewalski’s Horse Born in Conservation Effort to Save the Species. Auf: time.com vom 6. September 2020.

Im Dezember 2020 wurde ein Schwarzfußiltis-Weibchen namens Elizabeth Ann geboren, basierend auf der DNA eines 1988 gestorbenen Weibchens namens Willa. Alle heute lebenden Schwarzfußiltisse stammen von sieben überlebenden Tieren aus den frühen 1980er Jahren ab, bei denen der Genpool noch nicht so stark verarmt war, wie bei der aktuellen Population.

Die Ausbeute, also die Anzahl der tatsächlich entwickelten Organismen im Vergleich zu der Gesamtzahl an Zellen, die dem Nukleustransfer unterzogen worden sind, war zunächst sehr gering. Nur wenige Promille bis Prozent der so erzeugten Eizellen entwickelten sich zu Embryonen und Föten und wurden gesund geboren. Als Grund für die hohe Fehlerquote wurden epigenetische Phänomene angenommen (Imprinting).

Die seit den 1990er-Jahren angewandte Technik des Klonens ermöglicht insbesondere die gleichförmige Vervielfachung von als nützlich erachteten kultivierten Pflanzen und Tieren, ohne die bei allen bisherigen Verfahren der Züchtung folgende Variation hinnehmen zu müssen.

Seit 2014 werden transgene Schweine als Versuchstiere für die Pharmaindustrie geklont. Bei diesen Tieren wurde die DNA so verändert, dass die Tiere besonders anfällig für bestimmte Krankheiten wie Alzheimer sind und für den Test von Medikamenten geeignet sind. Die Erfolgsrate beim Klonen beträgt 70–80 %.

Menschen