Cara Gormallys Schwangerschaft war von Trauer überschattet. Die Biologieprofessorin hatte gedacht, dass die Suche nach einem Samenspender das einzige Hindernis für sie und ihren Partner sein würde. Doch dank Gormallys Organisationstalent und ihrer Vorliebe, Listen zu erstellen, fand das Paar relativ schnell einen Spender.

Dann kämpfte Gormally mit der Empfängnis. Jeder Monat brachte neue Enttäuschungen und Verluste mit sich.

„So vieles in diesem Prozess hing von zufälligen, herzzerreißenden Zufällen ab“, sagt sie. Die emotionale und finanzielle Achterbahnfahrt war anstrengend.

Aber das war nicht das Schwierigste. Das Paar hatte akzeptiert, dass ihr Kind, so sehr sie sich auch ein Baby wünschten, nicht biologisch mit Gormallys Ehepartner verwandt sein würde.

„Ich trauerte, dass unser Kind nicht genetisch mit uns beiden verwandt sein würde“, sagt Gormally. „Ich sehnte mich nach dem biologisch Unmöglichen.“

Aber jetzt haben neue Technologien das Potenzial, das Mögliche zu verändern – sie erlauben es gleichgeschlechtlichen Partnern, Kinder zu bekommen, die ihr genetisches Material teilen, genau wie heterosexuelle Paare.

Unvorstellbar

Bei Säugetieren trägt so ziemlich jede Zelle im Körper zwei Sätze genetischen Materials. Ein Satz kommt von der Mutter und der andere vom Vater. Eizellen und Spermien sind die einzigen Ausnahmen; sie haben nur einen Satz. Wenn dann ein Spermium eine Eizelle befruchtet, verbinden sich diese beiden Sätze und stellen die übliche Anzahl von zwei Sätzen pro Zelle wieder her.

Gleichgeschlechtliche Partner werden derzeit durch ein Phänomen namens genomische Prägung von ihren Träumen abgehalten. Dabei wird die DNA, die Säugetiere an ihre Nachkommen weitergeben, von jedem Elternteil mit einer bestimmten Markierung versehen. Der Prozess stellt sicher, dass wir für einen kleinen Prozentsatz von Genen nur die Kopie des genetischen Materials ausdrücken, die von unserer Mutter oder unserem Vater stammt. Wenn dieser Imprinting-Prozess schief läuft, können Kinder mit inaktiven Genregionen enden, die Fehlgeburten, Entwicklungsstörungen und Krebs verursachen.

Während dieser genomischen Prägung schaltet die ausgeprägte Sammlung von Markierungen der Mutter typischerweise bestimmte Gene aus, so dass nur die Kopie des Vaters exprimiert wird. Und der Vater verleiht seine eigenen Markierungen, die nur die mütterliche Kopie aktiviert lassen. (Die meisten Prägungen schalten die Genexpression aus, aber einige aktivieren sie.) Das ist ein Problem für gleichgeschlechtliche Paare, die ein Baby haben wollen. Wenn zum Beispiel beide Gensätze eines Nachkommens von der mütterlichen DNA stammen, dann werden beide Kopien der geprägten Gene ausgeschaltet sein. So kann der Embryo keines der Produkte der Gene herstellen.

„Wir bekommen nicht den vollen Satz an Produkten, die wir für eine korrekte Entwicklung brauchen, wenn wir nicht sowohl einen mütterlichen als auch einen väterlichen Beitrag zu einer befruchteten Eizelle haben“, sagt Marisa Bartolomei, Genetikerin an der University of Pennsylvania in Philadelphia, die eines der ersten geprägten Gene bei Mäusen entdeckt hat.

Wissenschaftler entdeckten das genomische Imprinting bei Säugetieren vor etwa 30 Jahren. Bei Experimenten Mitte der 1980er Jahre entfernten die Forscher aus frisch befruchteten Mauseiern entweder die mütterlichen oder väterlichen Genanteile. Dann übertrugen sie einen zweiten Satz von Genen von einer anderen Maus, um Embryonen mit entweder zwei Sätzen weiblichen oder zwei Sätzen männlichen Erbguts zu erzeugen. Eine Leihmaus war in der Lage, die Embryonen auszutragen, aber keiner überlebte. Das Ergebnis zeigte, dass für eine normale Entwicklung genetisches Material sowohl vom Vater als auch von der Mutter benötigt wird. Mehr noch, die Ergebnisse zeigten, dass sich mütterliches und väterliches genetisches Material auf sinnvolle Weise voneinander unterscheiden.

Spätere Experimente zeigten, dass sich Mäuse unterschiedlich entwickelten, je nachdem, ob sie zufällig beide Kopien bestimmter DNA-Regionen von einem Elternteil erhielten (anstatt eine Kopie von jedem Elternteil).

Mäuse mit haarnadelförmigen Schwänzen waren ein aufschlussreiches Beispiel. Wenn die Forscher die Genregion, die für den haarnadelförmigen Schwanz verantwortlich ist, aus dem Genom der Mutter löschten, wuchsen die Mäuse-Embryonen groß und starben nach einem Teil der Trächtigkeit. Im Gegensatz dazu hatte die Deletion der gleichen Region aus dem väterlichen Genom keinen Einfluss auf das Wachstum oder die Entwicklung der Nager.

In den drei Jahrzehnten seither haben die Forscher weitere geprägte Gene (sie vermuten, dass es zwischen 100 und 200 solcher Gene gibt) und die molekularen Markierungen, die sie zum Schweigen bringen, gefunden. Wissenschaftler haben auch Fortschritte bei der Verbindung von Imprinting-Defekten mit Entwicklungsstörungen beim Menschen gemacht. Aber die ganze Zeit über wussten die Forscher, dass Imprinting gleichgeschlechtliche Eltern daran hindert, Kinder zu bekommen.

Editing Out Impossible

Im Oktober 2018 haben Forscher diese Unmöglichkeit bei Mäusen überwunden. Durch das Löschen von geprägten Regionen erzeugten Wei Li und ein Team der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking gesunde Mäuse von zwei Müttern. Erstmals erzeugten die Forscher auch Mäusewelpen von zwei Vätern. Allerdings starb der Nachwuchs bereits wenige Tage nach der Geburt.

Trotz des Verlustes ist Li optimistisch. „Diese Forschung zeigt uns, was möglich ist“, sagt er.

Um die Imprinting-Barriere zu überwinden, wandten sich Li und seine Forscherkollegen an CRISPR, eine Gen-Editing-Technik, die das Verändern von Genomen einfacher denn je gemacht hat. Sie nutzten das Werkzeug, um Genregionen aus embryonalen Stammzellen von Mäusemüttern zu löschen. Anschließend injizierten die Forscher diese veränderten Stammzellen in die Eizelle einer weiblichen Maus und benutzten dann eine dritte weibliche Leihmaus, um den Fötus auszutragen.

Das Team hatte bereits zwei Jahre zuvor einige Erfolge erzielt, als sie Mäusewelpen mit zwei genetischen Müttern erzeugten, indem sie zwei geprägte Regionen löschten. Zwar wuchsen auch diese bimaternalen Mäuse bis zum Erwachsenenalter heran und produzierten eigene Welpen, aber sie entwickelten Wachstumsdefekte. Im Durchschnitt waren die bimaternalen Mäuse 20 Prozent leichter als ihre hetero-elterlichen Gegenstücke. In ihrer neuesten Studie entfernten Li und sein Team zusätzlich eine dritte Region aus den Genen der Mütter, was das Wachstum der Tiere wieder normalisierte.

Aber die Wissenschaftler mussten noch ein paar weitere Hürden überwinden, um Mäuse mit zwei genetischen Vätern zu erzeugen. Sie fanden durch einen Prozess von Versuch und Irrtum heraus, dass sie bei den bipaternalen Mäusen doppelt so viele geprägte Regionen entfernen mussten wie bei den bimaternalen Mäusen. Insgesamt entfernte das Team sieben geprägte Regionen, um erfolgreich Mäuse von zwei Vätern zu erzeugen.

Doch die Zahlen waren nicht zu ihren Gunsten. Nur zweieinhalb Prozent der Embryonen schafften es bis zur Geburt und weniger als ein halbes Prozent überlebte zwei Tage. Keiner schaffte es bis zum Erwachsenenalter.

„Die produzierten bipaternalen Mäuse sind nicht lebensfähig, was bedeutet, dass mehr Hindernisse überwunden werden müssen, um ihr postnatales Überleben zu unterstützen“, sagt Li. „Die niedrigere Geburtenrate wiederum impliziert die Existenz einer unbekannten Barriere, die die Entwicklung der bipaternalen Embryonen behindert.“

Im Gegensatz dazu erging es den bimaternalen Mäusen deutlich besser. Diese Mäuse wuchsen bis zum Erwachsenenalter heran und waren gesund genug, um durch die Verpaarung mit typischen männlichen Mäusen eigene Welpen zu bekommen. Sie verhielten sich auch genauso wie die Kontrollmäuse. Soweit die Forscher feststellen konnten, erscheinen die bimaternalen Mäuse so gesund und normal wie alle anderen Labormäuse.

„Das bedeutet nicht, dass sie in jeder Hinsicht normal sind“, gibt Li zu bedenken. „Man kann nicht alle Aspekte unter eingeschränkten experimentellen Bedingungen mit einer begrenzten Anzahl von Tieren untersuchen.“

Trotz des Erfolges der Forscher sagt Li, dass die Technik noch nicht bereit für den Einsatz beim Menschen ist. „Es ist nie zu viel, um die Risiken und die Bedeutung der Sicherheit vor jedem Experiment am Menschen zu betonen“, sagt er, insbesondere im Hinblick auf die bipaternalen Nachkommen, die derzeit „stark abnormal sind und nicht bis zum Erwachsenenalter überleben können.“

Die bimaternalen Nachkommen sind vielversprechender. Das Team arbeitet nun daran, seine Erkenntnisse auf Affen zu übertragen. Und diese Arbeit könnte das Unmögliche einen Schritt näher an die Machbarkeit für den Menschen bringen.

Potenziale neu schaffen

Lis Forschung ist ermutigend, aber sie ist weit davon entfernt, Gormally und ihrem Ehepartner zu helfen. Es ist aber auch nicht die einzige Chance für gleichgeschlechtliche Paare. Eine andere neue Technologie, die In-vitro-Gametogenese (IVG), könnte ein alternativer Weg für gleichgeschlechtliche Paare sein, eigene Kinder zu bekommen.

Wissenschaftler nutzen die Technik, um Eizellen und Spermien aus anderen Zellen im Körper herzustellen. Dazu programmieren die Biologen zunächst adulte Hautzellen zu Stammzellen um. Anschließend regen sie die aus der Haut stammenden Stammzellen an, sich zu Ei- oder Samenzellen zu entwickeln.

Forscher aus Japan haben die Technik nun an Mäusen perfektioniert. In einer bahnbrechenden Arbeit erzeugte das Team um Katsuhiko Hayashi und Mitinori Saitou funktionstüchtige Eizellen aus Mäuseschwanzzellen.

Die Forscher befruchteten die Eizellen anschließend mit Spermien männlicher Mäuse und implantierten die Embryonen in Leihmütter. Die Nachkommen wuchsen gesund und fruchtbar auf. Im Prinzip könnten mit diesem Ansatz die Hautzellen einer Frau in Spermien umgewandelt werden und zur Befruchtung der Eizelle ihres Partners verwendet werden.

IVG könnte die Fähigkeit gleichgeschlechtlicher Paare, eigene Kinder zu bekommen, verändern. „Wenn es damals möglich gewesen wäre, hätten wir es auf jeden Fall versucht“, sagt Gormally, die jetzt dank des Samenspenders ihres Ehepartners stolze Eltern eines Kleinkindes ist. „

Diese Geschichte ist Teil von „The Future of Fertility“, einer neuen Serie auf Discover, die die Grenzen der Reproduktion erforscht. Lesen Sie mehr:

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