Die ersten „Drei-Eltern-Babys“ wurden im Vereinigten Königreich geboren. Wie kann ein Baby zwei „biologische Mütter“ haben?

Geschrieben von Reporter Ding Lin

Redakteur für Neue Medien/Wang Shan

Die Human Fertilisation and Embryology Authority (HFEA) hat bestätigt, dass die ersten Drei-Eltern-Babys im Vereinigten Königreich mit der DNA von drei Menschen geboren wurden. Dies sind die ersten und weniger als fünf Babys mit drei Elternteilen, die im Vereinigten Königreich im Rahmen einer mitochondrialen Spendertherapie (MDT) in einem regulierten Umfeld geboren wurden. Die HFEA machte keine genaueren Angaben zur Technik oder den Babys.

(Bildquelle: New Scientist)

Wie werden Drei-Eltern-Babys geboren? Wie unterscheiden sie sich von normalen Babys? Wie hat sich die Technologie der Mitochondrienspendetherapie in der Vergangenheit entwickelt?

Mitochondrien sind die „Quelle des Lebens“ der Zellen

Genetisch gesehen hat ein Baby mit drei Elternteilen einen Vater und zwei Mütter, aber eine der „Mütter“ hat weniger genetische Verbindungen zum Kind. Der überwiegende Teil der DNA der Kinder (mehr als 99,8 %) stammt von ihren Eltern, aber etwa 0,1 % ihres genetischen Materials stammen von der mitochondrialen Spenderin.

Im Jahr 2015 verabschiedete Großbritannien als erstes Land ein Gesetz zur Zulassung der Mitochondrienspendetherapie. Seitdem erhielt das Newcastle Fertility Centre im Vereinigten Königreich im Jahr 2017 die erste Lizenz für die umstrittene Behandlung und leistete Pionierarbeit in der entsprechenden Forschung zur MDT.

▲ Großbritannien ist nicht das Land, in dem das erste Baby mit drei Elternteilen mithilfe von MDT geboren wurde. Im Jahr 2016 behandelte der chinesisch-amerikanische Arzt Zhang Jin eine jordanische Frau mit mitochondrialen Mutationen und in Mexiko wurde das weltweit erste Baby mit drei Elternteilen geboren (Bildquelle: Nature).

Mitochondrien werden als „Lebensquelle“ der Zellen bezeichnet und sind auch ein Zeichen für die Eizellenqualität. Eine abnormale Mitochondrienfunktion kann die normale Funktion der gesamten Zelle beeinträchtigen und so zu einer Pathologie führen. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass Parkinson, Alzheimer, Diabetes, Tumore und andere Krankheiten sowie das Altern allesamt mit einer abnormalen Mitochondrienfunktion zusammenhängen. Aufgrund der Multifunktionalität der Mitochondrien bleibt das Verständnis der Mechanismen, durch die eine mitochondriale Dysfunktion zu bestimmten Pathologien führt, eine große Herausforderung.

▲Mitochondriale Struktur und ihre Verteilung in Zellen

Im Gegensatz zu anderen Zellorganellen enthalten Mitochondrien ihre eigene genetische Information – sie sind die einzigen Organellen in menschlichen Zellen, die neben dem Zellkern DNA enthalten, und mitochondriale Erkrankungen werden oft durch Mutationen in der mitochondrialen DNA (mtDNA) verursacht, die die Funktion der Mitochondrien beeinträchtigen. Darüber hinaus wird mitochondriale DNA „mütterlich vererbt“ – egal, ob Sie ein Mann oder eine Frau sind, die gesamte mitochondriale DNA in Ihren Zellen stammt von Ihrer Mutter. Dies liegt daran, dass die Mitochondrien in befruchteten menschlichen Eizellen alle aus Eizellen stammen. Wenn sich Spermium und Eizelle vereinigen, wird die mitochondriale DNA des Spermiums abgebaut. Wenn also die Mitochondrien der Mutter defekt sind, werden diese zu 100 % an das Kind vererbt. Bei sehr schwerwiegenden Gendefekten kann das Problem nur durch die „Drei-Eltern-Baby“-Technologie gelöst werden.

▲Auch gesunde Mütter können eine große Anzahl von Eizellen mit mitochondrialen Defekten produzieren

Bao Shilai, Forscher am Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte, dass das genetische Material der Eizelle hauptsächlich im Zellkern vorhanden sei. Der Zellkern ist der Ort, an dem genetisches Material gespeichert, repliziert und transkribiert wird, und er ist das Kontrollzentrum der genetischen und metabolischen Aktivitäten der Zelle. In den Mitochondrien ist nur eine kleine Menge genetischer Informationen vorhanden. Wenn man also den Zellkern der Mutter belässt und den Teil des Follikelplasmas verwendet, der die gesunden Mitochondrien der Spenderin enthält, erhält man eine kleine Menge der gesunden Gene der Spenderin, ohne das hauptsächliche genetische Material zu verändern. Da Mitochondrien jedoch nur sehr wenige Gene tragen, hat die „Mitochondrienspende“ keinen Einfluss auf viele wichtige Merkmale des Kindes, wie etwa Haarfarbe, Größe und Aussehen.

▲ Obwohl Mitochondrien nur 37 Gene tragen, sind auch zahlreiche Kerngene an der Aufrechterhaltung der normalen Funktion der Mitochondrien beteiligt (Quelle: Nature)

Zwei Wege der „Mitochondrienspende“

Derzeit gibt es zwei Möglichkeiten, die „Mitochondrienspende“ durchzuführen: eine ist die Spindelkerntransplantationstechnologie; die andere ist die 2015 in Großbritannien zugelassene Technologie der „prokaryotischen Transplantation“.

▲Vereinfacht ausgedrückt stellen „Vorkern“ und „Spindel“ bestimmte Zeiträume vor und nach der Befruchtung der Eizelle dar (Quelle: Nature Reviews)

Bei der Technologie des „Spindelkerntransfers“ wird der Zellkern einer kranken Eizelle der Mutter in die entkernte Eizelle einer Spenderin transplantiert, um die gesunden Mitochondrien in der Eizelle der Spenderin zu nutzen. Klingt das ein bisschen nach Gen-Editing-Technologie? Sie liegen falsch. Da die Technologie zur Genomeditierung derzeit in der klinischen Praxis nicht angewendet werden kann, haben Wissenschaftler der Reproduktionsmedizin eine „Spindelkerntransfertechnologie“ als „Austauschmethode“ entwickelt, um das Problem menschlicher genetischer Defekte zu lösen und das Ziel zu erreichen, gesunde Mitochondrien von Spendern auszutauschen, um mitochondriale Erkrankungen zu überwinden. Dies kann allgemein als „alter Wein in neuen Schläuchen“ verstanden werden.

„Mitochondrien durch neue ersetzen“ bedeutet nicht, dass man dem Spender Mitochondrien entnimmt und sie in den Körper des Empfängers einsetzt. Li Yao, Professor am Institut für Genetik der Fakultät für Biowissenschaften der Universität Fudan, sagte, dass beim Prozess der Teilung der Eizelle in Eizellen immer mehr Zellen entstehen, um die Befruchtung der Eizellen vorzubereiten, sodass es unmöglich ist, die Mitochondrien der Mutter vollständig durch die neu eingedrungenen Mitochondrien zu ersetzen.

Dr. Zeng Qiao, assoziierter Forscher am Reproduktionszentrum des Volkskrankenhauses der Provinz Jiangsu, erklärte den Vorgang dieses „Ersatzes“ im Detail: Eine gesunde Frau spendet eine gesunde Eizelle, der Eikern wird vom Follikelplasma getrennt und der Eikern wird verworfen; Anschließend wird der Eizellkern der Patientin vom Follikelplasma getrennt und das Follikelplasma (das abnormale Mitochondrien enthält) verworfen. Anschließend werden der Eizellkern der Patientin und das Follikelplasma (das gesunde Mitochondrien enthält) einer gesunden Spenderin zu einer gesunden Eizelle kombiniert, die mit dem Sperma des Ehemanns der Patientin befruchtet wird. Der gesunde Embryo wird gezeugt und in den Körper des Patienten transplantiert, wodurch ein Austausch gesunder Mitochondrien stattfindet.

▲ Schematische Darstellung des Prozesses der „Spindelkerntransplantation“ (Quelle: Cell Press)

Aus gentechnischer Sicht verfügt das Kind über die Gene eines Vaters und zweier Mütter: Der Vater liefert die Hälfte der Kern-DNA, die Mutter die andere Hälfte der Kern-DNA und die andere Mutter die mitochondriale DNA. Der Unterschied zwischen der Spindelkerntransfer-Technologie und der Vorkerntransfer-Technologie besteht darin, dass bei der Spindelkerntransfer-Operation der Eizellkern vor der Befruchtung der Eizelle „ausgetauscht“ wird und sich dann die Eizelle der Empfängermutter mit dem Sperma des Vaters verbindet. Bei der Pronukleustransplantation werden die Spermien des Vaters gleichzeitig mit den beiden Eizellen der Empfängerin und der Spenderin vereint und anschließend die Eizellkerne „ausgetauscht“. Da bei der „Drei-Eltern“-Vorkerntransplantationstechnologie zunächst die Eizelle befruchtet und anschließend eine Zellkerntransplantation durchgeführt wird, ist sie in vielen Ländern oder Regionen, in denen befruchtete Eizellen als lebendig gelten, ethisch umstritten.

▲ Schematische Darstellung des Prozesses der „Pronukleartransplantation“-Technologie (Quelle: Cell Press)

Li Yao sagte, dass die Eizelle zwei meiotische Teilungen durchlaufen muss, um zu einer Eizelle zu „werden“. Bei dieser Teilung liegt das genetische Material im Zellkern in Form einer Spindel vor, wodurch eine Zweiteilung des genetischen Materials möglich wird. Technisch gesehen können die „drei Eltern“ Patienten tatsächlich dabei helfen, Probleme mit mitochondrialen Defekten zu lösen, was einer Zelltransplantations- und Fusionstechnologie entspricht.

Die Technologie des „Drei-Eltern-Babys“ hat sich inmitten ethischer Kontroversen wechselvoll entwickelt

Laut Angaben der British Broadcasting Corporation (BBC) wird in Großbritannien jedes 6.500. Kind mit einer genetisch bedingten mitochondrialen Erkrankung geboren, die Symptome wie Muskelschwund, Herzerkrankungen und Ataxie verursacht. und eines von 200 Kindern im Vereinigten Königreich leidet an einer Form einer mitochondrialen Erkrankung. Da die Symptome jedoch nicht offensichtlich sind, werden sie nicht erfasst. Einige Babys sterben aufgrund mitochondrialer genetischer Erkrankungen frühzeitig. Huang Taosheng, Leiter des Zentrums für Mitochondrienerkrankungen am Cincinnati Children's Hospital in den USA, wies in einem Medieninterview darauf hin, dass es sich bei mitochondrialen Erkrankungen in der Regel um sehr schwere Krankheiten handele, die Behandlungsmöglichkeiten für mitochondriale Erkrankungen bislang jedoch sehr begrenzt seien und die Technologie der Zellkerntransplantation einen Hoffnungsschimmer für die Lösung dieses Problems biete.

▲ Bei kranken Kindern, die bereits geboren sind, kann die Technologie der „Mitochondrienspende“ jedoch nicht helfen (Quelle: STAT News)

Die „Mitochondrienspende“ ist eine neue Technologie. Im Jahr 2005 erteilte das Vereinigte Königreich der Universität Newcastle die Genehmigung, ein Experiment mit menschlichen Embryonen mit zwei Müttern zur Erforschung mitochondrialer Erkrankungen durchzuführen. Doch die kontroversen Stimmen sind seitdem lauter geworden. Bereits in den 1990er Jahren versuchte der dänische Embryologe Jacques Cohen mit verschiedenen Methoden, unfruchtbare Patienten zu heilen, doch alle schlugen fehl. Sie vermutete, dass der Grund für die fehlende Schwangerschaft bei den Patientinnen ein Problem mit ihrem Zytoplasma war, wodurch die Befruchtung fehlschlug und sich, selbst wenn sie erfolgreich war, möglicherweise kein gesunder Embryo entwickelte. Daher beschloss Cohen, die Methode der „Zytoplasmatransplantation“ auszuprobieren – das heißt, er injizierte eine kleine Menge Zytoplasma eines gesunden Spenders in die Keimzellen der Patientin. Mit dieser Methode behandelte er 30 unfruchtbare Frauen. 17 von ihnen blieben unfruchtbar, eine erlitt eine Fehlgeburt und die übrigen 12 Frauen brachten insgesamt 15 gesunde Kinder zur Welt. Im Jahr 2001 veröffentlichte Cohen eine Arbeit, in der er feststellte, dass zwei der 15 Kinder gemischte mitochondriale DNA hatten. Diese Entdeckung löste sofort einen Aufruhr aus, schockierte die akademische Gemeinschaft und löste „öffentliche Empörung“ aus. Schließlich entschied das US-Repräsentantenhaus, dass alle Experimente zum Kerntransfer somatischer Zellen verboten werden müssen. Im März 2013 legte die Human Reproduction and Embryology Authority (HFEA) des Vereinigten Königreichs den Behörden einen „öffentlichen Konsultationsbericht zur Zulassung von ‚Drei-Eltern-Babys‘“ vor, der eine der Grundlagen für entsprechende Entscheidungen und Gesetze sein soll. Obwohl einige Menschen immer noch Bedenken gegenüber dieser Technologie haben, unterstützen die meisten sie und hoffen, dass sie Familien mit genetischen Defekten dabei helfen kann, erfolgreich gesunde nächste Generationen zur Welt zu bringen.

Am 3. Februar 2015 stimmte das Unterhaus des britischen Parlaments einem historischen Gesetz zu, das den Einsatz medizinischer Methoden zur Erzeugung von Babys mit der DNA von drei Personen erlaubt. Bei der Abstimmung stimmten 382 Abgeordnete dafür und 128 dagegen. Dies scheint ein gutes Ergebnis zu sein, dennoch gibt es immer wieder Kritik. Auch wenn sich die öffentliche Meinung entspannt, werden einige Wissenschaftler die „Drei-Eltern-Baby“-Technologie dennoch nicht öffentlich umsetzen. Schließlich erfordert es viel Mut von Wissenschaftlern, die Anwendung dieser Technologie öffentlich zu machen.

Großbritannien ist nicht das Land, in dem das erste Baby mit drei Elternteilen mithilfe von MDT geboren wurde. Im Jahr 2016 führten Dr. Zhang Jin, ein chinesischer Arzt vom New Hope Reproductive Center in New York, und sein Team entsprechende Behandlungen an einer Frau in Mexiko durch, die eine mitochondriale Mutation hatte. Das Ergebnis war die Geburt des weltweit ersten Babys mit drei Elternteilen, das auf einer Kerntransplantation beruhte.

„In zehn bis zwanzig Jahren wird sich jeder an Babys mit drei Eltern gewöhnt haben“, sagte Zhang Jin in einem Interview mit den Medien.