Embryonenauswahl für IVF. (Wissenschaftsfotobibliothek – ZEPHYR/Getty Images) Nur weil eine menschliche Eizelle befruchtet wird, heißt das nicht, dass der Embryo bis zur Geburt überlebt. In den ersten Wochen der Empfängnis kann noch eine ganze Menge schief gehen.
Wenn eine befruchtete Eizelle beginnt, sich zu teilen, muss sie ihr gesamtes Genom – das sind alle in der Zelle gespeicherten DNA-Anweisungen – duplizieren, damit jede der beiden resultierenden Zellen eine exakte Kopie erhalten kann. Dieser Vorgang muss bei jeder Zellteilung fehlerfrei wiederholt werden.
Aber manchmal kann es vorkommen, dass ein Chromosom fehlt oder eine zusätzliche Kopie davon erstellt wird.
Wissenschaftler sind sich immer noch nicht sicher, warum dies bei frühen Embryonen so häufig vorkommt, aber sie sind der Lösung des Rätsels immer näher gekommen.
„Die Vervielfältigung des Genoms ist eine anspruchsvolle Aufgabe für den frühen Embryo“, erklärt Zellbiologe Dieter Egli von der Columbia University.
Die menschliche Fortpflanzung ist alles andere als perfekt. In den ersten Wochen der natürlichen Befruchtung wird a bedeutsam dennoch umstritten Prozentsatz der Embryonen gelingt es nicht, sich in die Gebärmutterschleimhaut einzunisten.
Noch ineffizienter ist die In-vitro-Fertilisation, bei der die Eizelle im Labor befruchtet wird. Abhängig vom Alter einer Person, zwischen 4 und 50 Prozent der künstlich befruchteten Eizellen implantieren sich tatsächlich und schaffen es zur Geburt.
Im Labor hören die meisten befruchteten Eizellen nach ein paar Tagen auf, sich zu entwickeln rund 60 Prozent eine abnormale Anzahl von Chromosomen haben.
Diese Chromosomenanomalien sind eine der Hauptursachen für Entwicklungsstörungen bei menschlichen Embryonen, die Ursachen dieser frühen genetischen Fehler sind jedoch nicht genau geklärt.
Es wurde angenommen, dass Fehler bei der Chromosomenreplikation in den letzten Phasen der Replikation auftreten, wenn die Zelle in zwei identische Tochterzellen auseinandergezogen wird – ein Chromosom landet in der falschen Zelle, sodass zwei Kopien in einer Zelle und eine fehlende Kopie zurückbleiben Chromosom in der anderen Zelle.
Doch eine neue Studie legt nahe, dass das Problem sogar schon früher auftreten kann.
Forscher glauben, dass einige Chromosomenanomalien bereits in den ersten Stadien der Zellteilung auftreten können, wenn die Zelle noch dabei ist, ihr genetisches Material zu duplizieren. Im Labor stellten Forscher fest, dass in Petrischalen gezüchtete menschliche Embryonen bereits Anzeichen einer spontanen DNA-Schädigung aufweisen, noch bevor sich die Zellen richtig geteilt haben.
Genetische Stellen, die nicht richtig repliziert werden, können dazu führen, dass ein Chromosom bricht oder fragmentiert. Seltener wirken sich die Replikationsfehler auf den Mechanismus aus, der die Chromosomen auseinanderzieht, was zu einer falschen Anzahl von Chromosomen in jeder resultierenden Tochterzelle führt.
Eine spätere Zellteilung könnte diese Fehler dann fortsetzen. Und wenn die Fehler in genügend Zellen landen, kann das letztlich zum Untergang eines Embryos führen.
Forscher sind sich noch nicht sicher, was spontane DNA-Schäden auslöst, aber sie glauben, dass dies etwas mit Hindernissen rund um die DNA zu tun hat, etwa mit der Beeinträchtigung von Molekülen, die für das Ein- und Ausschalten von Genen verantwortlich sind.
Ein spontaner Bruch im Doppelstrang könnte beispielsweise die Zellteilung verlangsamen oder zum Stillstand bringen und zu Chromosomenanomalien führen. Die Autoren können jedoch nicht sicher sein, ob diese Veränderungen bereits vor der Befruchtung in der Eizelle oder im Sperma vorhanden waren oder erst danach auftraten.
„Dies wurde in früheren Studien weitgehend übersehen – denn warum sollte der Embryo zulassen, dass die Integrität des Genoms beeinträchtigt wird, wenn dies eine so entscheidende Voraussetzung für eine normale Entwicklung ist?“ erklärt Sie.
Wenn Forscher herausfinden können, auf welche Anzeichen von DNA-Schäden man bei einem frühen Embryo achten muss, könnte die IVF eines Tages viel effizienter werden. Wenn die Zelle ihre DNA in den allerersten Phasen der Zellteilung nicht richtig dupliziert, lohnt sich die Implantation wahrscheinlich nicht.
„Viele Frauen, die sich einer Fruchtbarkeitsbehandlung unterziehen, benötigen mehrere IVF-Zyklen, um schwanger zu werden, und einige werden überhaupt nicht schwanger.“ sagt Fruchtbarkeitsspezialistin Jenna Turocy von der Columbia University.
„Das ist nicht nur enorm teuer, es ist auch emotional anstrengend.“
Die Autoren hoffen, dass sie die assistierte Reproduktion eines Tages zu einem weniger herzzerreißenden Prozess für werdende Eltern machen können.
Die Studie wurde veröffentlicht in Zelle .