Gentechnik

Die Modifizierung des menschlichen Erbguts – sie bietet Chancen und Risiken. Das neue CRISPR-Verfahren verteilt die Karten neu. Sie verspricht neue Behandlungsmöglichkeiten schwerer Krankheiten, aber beschleunigt auch den Fortschritt, der irgendwann mal Designerbabies möglich machen könnte. Ist das aus ethischer Sicht vertretbar?

Antimatschtomaten, genetisch veränderter Mais, Golden Rice – Anwendungen von Gentechnik in der Landwirtschaft gibt es viele, und sie sind medial präsent. Auch in der Forschung wird Gentechnik verwendet. Hier ist das Ziel nicht, eine widerstandsfähigere Pflanze zu erzeugen, sondern zu verstehen, wie die menschliche DNA funktioniert.

Dr. Jan Bruder arbeitet am Max-Planck-Institut für molekulare Biotechnologie. Er erforscht neurodegenerative Krankheiten, also Krankheiten, bei denen Nervenzellen langsam absterben. Sein aktuelles Projekt betrifft die Parkinsonforschung. Er versucht herauszufinden, welche Genveränderungen für die Krankheit verantwortlich sind.

Nervenzellen unterscheiden sich von Mensch zu Mensch ziemlich stark. Die Unterschiede in der DNA zwischen gesunden Menschen und Parkinsonpatienten sind dagegen verhältnismäßig klein, weshalb man schwer erkennen kann, welche Gene Parkinson auslösen. Um die Ursachen genauer zu untersuchen, muss man an vielen unterschiedlichen Zellen viele unterschiedliche kleine Veränderungen vornehmen. Die Zellen, die dann gesund werden, liefern einen Hinweis darauf, in welchem Genabschnitt das Problem liegt.

„Wir benutzen gentechnische Möglichkeiten dafür, die kranken Zellen in gesunde Zellen zu verwandeln,

sodass wir sie miteinander vergleichen können. Die Frage ist immer die: ‚Was muss man mit einer kranken Zelle anstellen, damit sie mehr einer gesunden Zelle gleicht.“ Die Schwierigkeit besteht darin, die DNA auszutauschen. Hierfür verwendet man Methoden der Gentechnik.

„Die Gentechnik kommt ganz am Anfang ins Spiel“, erklärt Dr. Bruder. „Zuerst werden die Zellproben, das sind meist Hautproben, den Patienten entnommen. Dann bekommen wir die Zelle, die ein krankes Gen enthalten, das ist meist ein Parkinsongen. Das wird dann spezifisch rausgeschnitten und durch die gesunde Version des Gens ersetzt.“

Sogenannte Restriktionsenzyme sind in der Lage, die DNA an charakteristischen Stellen zu zerschneiden. Verschiedene Enzyme sind auf verschiedene DNA-Sequenzen spezialisiert. Mithilfe von Chemikalien oder Viren werden die Enzyme in die Zellen gebracht und auf die DNA losgelassen. Das Problem: Weil die DNA an vielen Stellen ähnliche Sequenzen hat, machen die Enzyme auch viele Schnitte.

„Die Schneideenzyme schneiden relativ automatisch. Man gibt sie eigentlich nur in das Teströhrchen rein, und durch Diffusion testen die Enzyme den gesamten DNA-Strang ab und schneiden an allen Stellen, die ihrem Muster entsprechen. Das macht das Verwenden dieses Verfahrens so schwierig, weil man nie nur einen Schnitt macht, sondern man macht immer mehrere Hundert bis mehrere Tausend Schnitte auf einmal.“

Genau zu kontrollieren, welchen Teil der DNA man verändert, ist mit diesem Verfahren also schwierig.

Eine Revolution in der Gentechnik verspricht nun das neue CRISPR-CAS Verfahren,

das scheinbar unendliche Möglichkeiten verspricht. Mit diesem Verfahren kann man die Genabschnitte nun ganz gezielt bearbeiten. Für allzu große Euphorie ist es dennoch zu früh:

„Wir sind weit davon weg, Parkinson durch Gentechnik heilen zu können.“, sagt Dr. Jan Bruder. Hier geht es erstmal nur darum, die Mechanismen zu erkennen, die zur Krankheit führen. Und selbst wenn man herausfindet, welche Gene man dazu bearbeiten müsste – Gene im Reagenzglas zu verändern, ist verhältnismäßig leicht. Im menschlichen Körper ist das ungleich schwieriger, weil sich der Körper das Eindringen von Außen wehrt. Schon Anfang des letzten Jahrtausends versuchten Forscher Jesse Gelsinger, einen Patienten mit einer genetischen Lebererkrankung, mittels gesunder DNA zu heilen. Die DNA sollte mithilfe von Viren in die Zellen gebracht werden. Mit den vielen Viren, die benötigt wurden, um die DNA überall auszutauschen, wurde das Immunsystem des Patienten nicht fertig. Jesse Gelsinger starb. CRISPR könnte das Werkzeug sein, einen neuen Anlauf zu wagen. Genetische Erkrankungen wie Mukoviszidose und Chorea Huntington könnten also demnächst der Vergangenheit angehören. Doch auch Krebszellen und das HI-Virus könnte man mit CRISPR ganz gezielt attackieren.

CRISPR wird unser Leben verändern, titelte CNN 2015. Experten sprechen dem Mechanismus das Potential zu, viele Menschenleben zu retten. In einer kürzlich veröffentlichten Studie gelang es Forschern, mit HIV infizierte Mäuse mittels CRISPR zu heilen. Viele Kritiker zeichnen aber auch ein beängstigendes Bild von der Zukunft: Im Labor „designete“ Babys, die mittels Gentechnik schlauer, musikalischer stärker oder größer werden – Auch wenn die Wissenschaft davon momentan noch weit entfernt ist – theoretisch ist all das mittels CRISPR ebenfalls möglich. Doch wie funktioniert das mysteriöse neue Verfahren eigentlich?

Die Biologen, die CRISPR entwickelt haben, haben sich die Technik von Bakterien abgeschaut. Bakterien haben das Problem, von Viren befallen zu werden, die für die Bakterien potentiell tödlich sind. Um sich gegen die Viren zu wehren, haben die Bakterien Enzyme entwickelt, die die virale DNA aufspüren und zerschneiden können, erklärt Dr. Jan Bruder vom Max Planck-Institut in Münster.

„Bakterien haben das Problem, dass auch sie von Viren gerne befallen werden. Bestimmte Abschnitte der DNA erkennen sie sofort als virale DNA, und das wird sofort zerschnitten.“

Das Enzym, das aus der dem Detektionswerkzeug, der sogenannten Guide-RNA, und der Schere, dem CAS-Enzym besteht, lässt sich fast beliebig verändern und auch an menschlichen Zellen einsetzen. Anders als bei bisher verwendeten Verfahren kann man so genau auswählen, welchen Teil der DNA man bearbeiten will, und das nicht nur bei Bakterien, sondern auch in menschlichen Zellen.

Bakterienproteine wie ein trojanisches Pferd 

„Man hat herausgefunden, dass sich die Abschnitte, die als viral erkennt werden, steuern lassen, und zwar mit sehr einfachen Mitteln“, sagt Dr. Bruder. „Jetzt hat man dieses System gehijacked und kanndiese bakteriellen Proteine, die die virale DNA zerschneiden, im Prinzip als trojanisches Pferd nutzen. Man sagt: Ich hätte gerne diese Sequenz immer, wenn sie irgendwo auftaucht, zerschnitten.“

In der Theorie kann man mit CRISPR das Genom beliebig verändern, und damit auch das Resultat des Genoms: Den Menschen. Dass das bisher noch nicht passiert, liegt nicht nur an ethischen Bedenken, sondern auch daran, dass die Wissenschaft bei den meisten Genen noch nicht genau weiß, wofür sie zuständig sind.

Doch auch bei diesem Prozess kann CRISPR helfen. Dr. Juanma Vaquerizas arbeitet am Max-Planck-Institut mit Fruchtfliegenembryonen, die er genetisch verändert um zu sehen, wie sich das auf die Entwicklung der Fruchtfliegen auswirkt.

„Wir möchten Gene verschieben, wir möchten bestimmte Abschnitte löschen, wir möchten Mutationen einfügen, um zu verstehen, wie das System funktioniert. Um zu verstehen, wie das System funktioniert, muss man das System ein bisschen verändern und schauen, was das bewirkt.“

Bis die Funktionsweise des menschlichen Genoms entschlüsselt ist, ist es noch ein weiter Weg. Als man 1990 das Human Genome Project startete, dachte man, mit der Sequenzierung der menschlichen DNA sind alle Rätsel um den menschlichen Körper gelöst. Inzwischen kennt man deren Aufbau, und steht vor mehr Fragen als je zuvor, weiß Dr. Vaquerizas.

„Um es kurz zu machen, sind wir wirklich weit davon entfernt, die Bauanleitung im Genom zu verstehen.”

Aber je mehr wir uns die angucken, desto mehr bisher unentdeckte Regulationsmechanismen sehen wir. Je mehr wir forschen, desto mehr verstehen wir, dass wir nur sehr wenig wissen.“ Bis man sich über moralische Fragen wie das perfekte Baby im Labor Gedanken machen muss, ist also noch ein bisschen Zeit. Doch andere Möglichkeiten rufen schon heute Bioethiker auf den Plan. Mit CRISPR könnte man zum Beispiel schon bald ganze Moskitopopulationen in kurzer Zeit ersetzen, um die Ausbreitung von Malaria zu verhindern.

Wie stark der Mensch in die Natur eingreifen darf, und welche Folgen das hat – auch darüber müssen sich Wissenschaftler Gedanken machen.

Was darf Gentechnik, und wann geht sie zu weit?

Die Möglichkeiten scheinen unendlich, nicht zuletzt weil neue Methoden wie das CRISPR-Verfahren weitere Türen öffnen. Euphorie kommt auf, wenn damit ernste Krankheiten bekämpft werden. Allerdings kann es auch in Hysterie umschlagen, wenn das Szenario “Designerbabies” näher rückt. Doch sollten wir der Wissenschaft Grenzen setzen? Und wer ist überhaupt dafür zuständig?

In Münster widmet sich das Centrum für Bioethik solchen Bedenken. Radio Q ist dort mal hingefahren und hat mit Geschäftsführer Dr. Johann S. Ach gesprochen. Er steht dafür ein, dass die Wissenschaft sich selbst reguliert. Einem Laien fehle das nötige Expertenwissen, um der Forschung Vorschriften zu machen. Allein schon die Differenzierung zwischen grüner, grauer, und humaner Gentechnik werde oft übersprungen.

Dem neuen CRISPR-Verfahren begegnen die Bioethiker mit Vorsicht. Es sei ein primitives, aber revolutionäres Werkzeug.

“Wir werden eine ganze Reihe von Fragen, über die wir, seit es Gentechnik gibt, nachgedacht haben, nochmal ganz radikal und intensiv diskutieren müssen”, sagt Johann Ach. Das Thema wird mit großem Respekt behandelt, die Regulierungen könnten relativ strikt ausfallen. Ein entscheidender Faktor ist wie so oft die Anwendungsbereiche, die man mit dem Verfahren anstrebt. Für den Geschäftsführer des Münsteraner Centrums für Bioethik steht fest: Die Idee, wir machen musikalische oder genialische Kinder, lässt sich mit der Bioethik nicht vereinbaren.

 Den Kampf gegen fatale Erbkrankheiten hingegen möchte die Wissenschaft nur ungern bremsen.

Was gibt´s Neues aus der Welt der Wissenschaft?

Zum Beispiel ausdauerndere Akkus für dein Smartphone, historische Erfolge bei der Bekämpfung von HIV und das Ende einer Rentier-Herde. Unser zweiwöchentliches Update bringt euch einmal mehr auf den neuesten Stand.