Chimäre (Genetik)

Definition und Abgrenzung

Eine Chimäre ist in Medizin und Biologie ein einheitlicher Organismus, der aus genetisch unterschiedlichen Zellen oder Geweben besteht. Diese Zelllinien stammen aus verschiedenen befruchteten Eizellen. Für die Definition spielt es keine Rolle, ob sie von Individuen derselben Art oder verschiedener Arten kommen.

Eine Chimäre ist von zwei ähnlichen Erscheinungen abzugrenzen:

• Bei einem Mosaik sind die Zellen ebenfalls genetisch verschieden, stammen aber alle aus derselben befruchteten Eizelle.
• Ein Arthybrid entsteht normalerweise aus einer einzigen befruchteten Eizelle, deren Eltern verschiedenen Arten angehören. Ein Beispiel ist das Maultier.

Auch die Transplantation von Zellen, Geweben oder Organen kann einen Organismus zur Chimäre machen. Bei einer Allotransplantation stammt das übertragene Material von einem genetisch anderen Individuum derselben Art, bei einer Xenotransplantation von einer anderen Art.

Entstehung bei Pflanzen und Tieren

Bei Pflanzen können Chimären künstlich durch Veredelung entstehen, also durch das Verbinden von Geweben verschiedener Pflanzen. Ein Beispiel ist ein gepfropfter Apfelbaum. Haben die Zelllinien unterschiedliche Ploidie-Grade, also eine unterschiedliche Anzahl von Chromosomensätzen, spricht man von Cytochimären. Solche Unterschiede können etwa nach einer Behandlung mit Colchicin auftreten.

Pflanzenchimären zeigen, dass sich auch stark genetisch unterschiedliche Zellen und Gewebe zu einem komplexen Organismus verbinden können. Nach gegenwärtiger Lehrmeinung findet zwischen den verschiedenen Zelllinien normalerweise kein Austausch genetischer Information statt. Bei gentechnisch veränderten Tabakpflanzen wurde jedoch 2009 nachgewiesen, dass beim Pfropfen Transgene auf Gewebe des anderen Partners nahe der Pfropfstelle übertragen werden können. Ob dies auch in weiteren Fällen möglich ist, blieb unklar.

Auch tierische Chimären können künstlich erzeugt werden. In den 1980er Jahren stellte eine Forschergruppe eine Chimäre aus Ziege und Schaf her, die als Schiege bezeichnet wird. 2023 wurde in China über einen lebend geborenen Affen berichtet, der Stammzellen zweier genetisch unterschiedlicher Individuen enthielt. Das Tier wurde nach 10 Tagen eingeschläfert.

Chimären beim Menschen

Beim Menschen können Blutchimären auf natürliche Weise bei Schwangerschaften mit mehreiigen Mehrlingen entstehen. Bilden sich in der Plazenta Anastomosen, also Verbindungen zwischen Blutgefäßen, vermischt sich das Blut der Embryonen. Das Blut eines Kindes geht dann sowohl auf eigene Blutstammzellen als auch auf Blutstammzellen seiner Mehrlingsgeschwister zurück. Dabei können grundsätzlich auch verschiedene Blutgruppen vorkommen. Bei Rindern werden entsprechende Blutchimären als Freemartins bezeichnet.

Bei natürlichen menschlichen Chimären können verschiedene Zelllinien auch unterschiedliche Organe bilden. Im bekannten Fall Lydia Fairchild gehörte die Gebärmutter zu einer anderen Zelllinie als der restliche Körper.

Ein Empfänger eines Spenderorgans wird ebenfalls per Definition zur Chimäre, weil sein Körper danach Zelllinien aus verschiedenen befruchteten Eizellen enthält. Nach einer Bluttransfusion besteht dieser Zustand nur vorübergehend, da die übertragenen Blutzellen später wieder abgebaut werden.

Tier-Mensch-Embryonen und rechtliche Regeln

Für die biomedizinische Forschung werden künstliche Tier-Mensch-Embryonen hergestellt, indem menschliches Erbgut in tierische Eizellen eingebracht wird. Der entstehende Embryo heißt zytoplasmatischer Hybrid oder kurz Cybrid und kann in der Stammzellenforschung verwendet werden. Das Verfahren ist ethisch umstritten. Gegner befürchten einen Missbrauch bis hin zur Züchtung von Zwitterwesen aus Menschen und Tieren. Befürworter verweisen darauf, dass menschliche Eizellen für die Forschung knapp und teuer sind und sich nur schwer genügend Spenderinnen finden lassen.

Das britische Unterhaus beschloss am 22. Oktober 2008 ein Embryonengesetz, das die Erzeugung von Tier-Mensch-Chimären und Mensch-Mensch-Chimären erlaubt. Mensch-Mensch-Chimären können unter anderem zur Erzeugung sogenannter Rettungsgeschwister dienen. Nach der Zustimmung des Oberhauses trat das Gesetz im November 2008 in Kraft. Die Chimären müssen dem Gesetz zufolge nach zwei Wochen zerstört werden.

2021 gelang es, Mensch-Affe-Chimären 19 Tage lang ex vivo, also außerhalb eines lebenden Organismus, heranwachsen zu lassen. Dazu wurden menschliche pluripotente Stammzellen, die sich in zahlreiche Zelltypen entwickeln können, in Blastocysten von Javaneraffen eingebracht. Anschließend wurde der Versuch kontrolliert abgebrochen.

Besondere Formen auf Zell- und Genebene

Intrazelluläre Chimären besitzen innerhalb einer einzelnen Zelle Kern-, Plastiden- oder Mitochondrien-Genome verschiedener Arten. Sie können experimentell durch Protoplastenfusion entstehen, also durch die Verschmelzung von Pflanzenzellen, deren Zellwände entfernt wurden. Sie kommen außerdem bei der Hybridbildung von Arten vor, bei denen Plastiden und Mitochondrien von beiden Elternteilen vererbt werden.

Ein chimärisches Gen setzt sich aus Teilen von zwei oder mehr Vorläufergenen zusammen. Solche Gene entstehen durch Exon-Shuffling, bei dem Exons neu miteinander kombiniert werden, oder durch Retrotransposition, bei der genetische Information über eine RNA-Zwischenstufe an eine neue Stelle gelangt. Das zuerst entdeckte Beispiel war das jingwei-Gen bei Drosophila teissieri und Drosophila yakuba. Es besteht aus drei Exons des Yellow-emperor-Gens und einem vierten Exon, das zu 90 % dem intronlosen Adh-Gen entspricht. Das Adh-Gen codiert die Alkoholdehydrogenase.