Genforschung Neue Methoden revolutionieren Eingriffe ins Erbgut

Berlin / Von Martin Hofmann 04.12.2018
Neue Methoden revolutionieren Eingriffe ins Erbgut von Pflanzen, Tieren, Menschen. Was können sie leisten und was nicht.

Davon haben Genforscher vor vier Jahrzehnten geträumt: Ein Instrument, das gezielt defekte Teile des Erbguts entfernt und durch intakte ersetzt. Vor sechs Jahren haben Biologen solch eine Methode entwickelt. Seither revolutioniert CRISPR/Cas die Genforschung. Emmanuelle Charpentier – Direktorin am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin –, Jennifer Doudna von der Universität Kalifornien in Berkeley sowie Virginijus Siksnys, Uni Vilnius in Litauen, heimsen für die Entdeckung einen Forschungspreis nach dem anderen ein.

CRISPR/Cas

Wie alle Lebewesen verfügen auch Bakterien über ein ausgetüfteltes Abwehrsystem gegen Viren. Vereinfacht läuft Folgendes ab: Um Angreifer wiederzuerkennen, baut das Bakterium Teile des fremden Viren-Erbguts in sein Genom (CRISPR-Region)ein und produziert Gen-Botencodes. Sie erkennen das Virus-Gen und führen ein Enzym (Cas9) an den Platz des Erbguts, um es unschädlich zu machen. Es schneidet die fremde Gen-Sequenz aus dem Erbfaden.

Eine Revolution

Seit dem Aufdecken des Systems nutzen Spezialisten weltweit diese Gen-Schere. Bisher haben Forscher Gen-Sequenzen in den Zellkern „geschossen“. Die Hoffnung: Das fremde Teilchen dockt an das Pflanzen-Genom an und verhindert etwa das Absterben durch ein giftiges Pestizid. Inzwischen untersuchen Forscher,  wie exakt sich Genteile entfernen, ersetzen oder austauschen lassen.  Selbst einzelne Basenpaaren der Desoxyribonukleinsäure (DNA), auf dessen Doppelstrang die Informationen zur Entwicklung und Funktion fast aller Lebewesen liegen, lassen sich entfernen.

Die Chancen

Emmanuelle Charpentier erkannte rasch, welche Möglichkeiten das Verfahren bietet. Mit Heilsversprechen halten sich Forscher aber zurück. Klar ist: Im Prinzip können Erbkrankheiten verhindert oder Erkrankungen bekämpft werden, die auf identifizierbaren Erbinformationen beruhen.

Experimente

Die Gen-Schere erfüllt nicht immer zuverlässig, was sie verspricht. Tests zeigen, dass die Methode auch an anderen Stellen der DNA schneidet als beabsichtigt. Dies stellten Forscher zunächst an Labormäusen, ihre chinesischen Kollegen an befruchteten menschlichen Eizellen fest. Unklar ist, welche Rolle das Enzym in der Zelle spielt, das die DNA auftrennt. In jedem Einzelfall müssen Genetiker genau analysieren, ob sich der Erbfaden exakt dort schließt, wo geschnitten wurde. Versuche verdeutlichten, dass der Reparaturmechanismus Teile zusammenführt, die aus anderen als der Zielsequenz stammen. Die Folgen sind nicht absehbar. Unsicherheiten bestehen auch, ob die Veränderung einer Zelle auf das Nachbargewebe wirkt oder sich überträgt. Zwei Tests deuten an, dass die Gen-Schere Fehlfunktionen begünstigt – etwa das Tumorwachstum von Zellen.

  

Risiken

 „Wir sind weit davon entfernt, das Konzert der Gene des Menschen zu verstehen“, erklärten 2015 die deutschen Akademien der Wissenschaften und die Forschungsgemeinschaft. Sie fordern Klarheit darüber, ob und unter welchen Umständen Eingriffe in die menschliche Keimbahn verantwortbar sind, selbst wenn das Gen-Editieren sicher funktioniert, um Blutbildstörungen, Stoffwechsel- oder Immundefekte zu heilen. Der Biologe und Gentech-Kritiker Christoph Then geht weiter: „Auch Freisetzung und Anbau präziser genveränderter Pflanzen ist ein massiver Eingriff in die Netzwerke und die Wechselwirkungen der ökologischen Systeme.“ Das Wissen, wie diese ineinandergreifen, sei noch sehr begrenzt.  Eine Vorhersage von Schäden sei daher kaum möglich. In die Natur freigesetzte Manipulationen sind aber nicht zurückzuholen. Zwingend seien daher: Zulassungsverfahren, Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit solcher Eingriffe.

Kritik

Zum Experiment des chinesischen Forschers Jankui He waren Befürworter und Kritiker einer Meinung. Es habe vor allem keine dringende medizinische Notwendigkeit für die Veränderung des Erbguts der zwei Babys gegeben. Doch genügt eine Übereinkunft der Genforscher, Eingriffe in die menschliche Keimbahn zu unterlassen? Then fordert eine Debatte über die Zulässigkeit aller CRISPR-Lebewesen.

Da scheiden sich die Geister. Viele Genforscher halten es für akzeptabel, bakterienresistenten Reis oder mehltauresistenten Weizen zu entwickeln. CRISPR unterscheide sich nicht von konventioneller Züchtung. Then widerspricht. Pilzen das natürliche Alterungsgen zu entfernen, damit sie länger wie frisch aussehen, hält er im Verhältnis zum Nutzen für zu riskant.  Er stützt sich auf das Urteil des Europäischen Gerichtshofs, der für präzise Gen-Verfahren verlangt, sie einer Folgeprüfung zu unterziehen.

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