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Genome Editing Neue Entwicklungen bei der Genreparatur

Mithilfe einer Genschere lässt sich das Genom von Lebewesen verändern, ohne Spuren zu hinterlassen. Fehler im Erbgut wollen Genetiker künftig noch einfacher und gezielter reparieren. Falsche Gen-Basen werden dann umgewandelt, statt ausgeschnitten.

Stand: 26.10.2017

Genome Editing ist eine Technik, die die Medizin revolutionieren soll. Vereinfacht gesagt ist es Genchirurgie, die ein defektes oder krankmachendes Gen in einer lebenden Zelle mit einer Art präzisen Schere entfernt oder austauscht. Ursprünglich für bakterielle Systeme gedacht, wird es mittlerweile in allen lebenden Organismen angewandt. Damit könnte man in der Medizin Genkrankheiten wie Mukoviszidose oder Sichelzellenanämie behandeln.

Ende Oktober 2017 veröffentlichten Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "Nature" neue Ergebnisse bei der Reparatur von fehlerhaftem Erbmaterial. Die Forscher haben zwei neue Werkzeuge entwickelt, die eine falsche Gen-Base direkt in die richtige umwandeln können. Das Besondere dabei: Dazu müssen keine Erbgutteile herausgeschnitten werden. Eines dieser Reparatur-Systeme repariert die fehlerhaften Mutationen nicht in der DNA (dem Speicherort des Erbguts), sondern in der RNA (sie überträgt genetische Informationen). Dadurch entstehen korrekte Proteine, ohne dass direkte Eingriffe am Erbgut nötig sind.

Forscher reparieren Gendefekt an menschlichen Embryonen

Forscher in den USA haben mit der Genschere CRISPR-Cas9 bereits einen Gendefekt korrigiert, der eine erbliche Herzkrankheit verursacht. Ihre Methode, die sie in der Fachzeitschrift Nature Anfang August 2017 veröffentlicht haben, hatte eine höhere Erfolgsquote als bisherige Versuche in China.

Shoukhrat Mitalipov, Forschungsleiter an der Oregon Health und Science Universität

Hong Ma und Shoukhrat Mitalipov von der Oregon Health und Science University in Portland und ihr Team haben erstmals einen erblichen Gendefekt schon in der befruchteten Eizelle repariert. Die Forscher gaben jeweils ein Spermium eines an hypertropher Kardiomyopathie (HCM) erkrankten Mannes in eine gesunde Eizelle. Gleichzeitig injizierten sie die Genschere CRISPR-Cas9 in die Eizelle, die die DNA an der mutierten Stelle aufschneiden sollte. Die Genreparatur fand so schon vor der ersten Zellteilung des Embryos statt. Dies verhindert die Entstehung von Embryonen mit nur zum Teil reparierten Zellen. Das Ergebnis: 42 der 58 Embryonen in der Studie trugen die krankhafte Mutation nicht mehr, das entspricht rund 72 Prozent. Die Embryonen wurden nach wenigen Tagen zerstört.

Wissenschaftsorganisationen plädieren für Vorsicht

Elf große Wissenschaftsorganisationen haben sich nach der Veröffentlichung der Nature-Studie für eine "vorsichtige, aber engagierte Herangehensweise" bei der gentechnischen Veränderung menschlicher Embryonen ausgesprochen, auch wenn sie sich in ihrem Aufruf nicht direkt auf die Studie beziehen. Einen solchen Embryo in eine Frau einzusetzen und somit eine Schwangerschaft herbeizuführen, sei "derzeit unangemessen", schreiben die Organisationen in der Fachzeitschrift "The American Journal of Human Genetics". Es gebe aber keinen Grund, eine Genveränderung im Reagenzglas "mit angemessener Aufsicht und Zustimmung" zu verbieten. 

Die Forscherinnen und Forscher rufen alle Beteiligten dazu auf, die wichtigen ethischen und sozialen Diskussionen zusammen zu führen, während die Grundlagenforschung voranschreite.

Genome Editing kompakt erklärt

Genome Editing

Bestimmte Genabschnitte auf der DNA werden durch eine Art Schere herausgeschnitten und durch andere ersetzt. Eine einfache, kostengünstige und einfach anzuwendende Methode, die bereits bei Pilzen, Raps und Mäusen Erfolg hatte. Möchte man bestimmte Genkrankheiten beim Menschen behandeln, muss man in die Keimbahn eingreifen, eine Methode, die in Deutschland verboten ist.

CRISPR-Cas9-Methode

Die Methode wurde von der Französin Emmanuelle Charpentier und der US-Amerikanerin Jennifer Doudna mithilfe von Bakterien entdeckt. Mit der CRISPR-Methode schützen sich Bakterien gegen angreifende Viren. Das Enzym Cas9 erkennt die krankmachenden Viren, steuert deren DNA an und zerschneidet sie dann zielgerichtet. Diese Methode kann mittlerweile nicht nur auf Bakterien, sondern auch auf die DNA eines jeden anderen Lebewesens angewendet werden.

Keimbahntherapie

Eine Veränderung im Erbgut, die noch vor der Befruchtung vorgenommen wird. Dadurch, dass die neuen DNA-Informationen dann in Spermien und Eizellen vorhanden sind, wirken sie sich auf alle Nachkommen aus, das heißt, sie werden vererbt. Bekannt ist dieses Verfahren in der Humanmedizin unter dem Stichwort "Designerbaby", bei dem genetisches Material manipuliert wird, um intelligenteren, gesünderen oder auch besser aussehenden Nachwuchs zu erzeugen.

Frühere Versuche der CRISPR-Cas9-Methode

Im Oktober 2016 veröffentlichte Mark DeWitt und seine Kollegen von der University of California in Berkeley eine Studie, nach der es ihnen gelungen sei, den Gendefekt der Sichelzellen-Krankheit bei menschlichen Blutzellen zu reparieren. Mithilfe der Genschere ersetzten sie die krankmachende Mutation durch die korrekten DNA-Basen. Damit die Gentherapie einem Patienten hilft, müssen die reparierten Blutstammzellen wieder in den menschlichen Blutkreislauf gebracht werden. Dies haben die Wissenschaftler zunächst an Mäusen erfolgreich ausprobiert. Erste klinische Studien am Menschen könnten innerhalb der nächsten fünf Jahre erfolgen, wie die Forscher berichteten.

Mikroskopische Aufnahmen von HI-Viren

Seit einiger Zeit testen Forscher aus Hamburg und Dresden den neuen Ansatz im Kampf gegen den Aids-Erreger HIV. Mit einer Genschere schneiden sie das Erbgut der Aids-Viren aus infizierten Zellen heraus. Im Labor wurde das Verfahren bereits erfolgreich getestet, erste Versuche am Menschen sollen erfolgen.

Diskussion über ethische Verantwortung

Während in Deutschland die Keimbahntherapie nicht erlaubt ist, haben sich Forscher auf dem Human Gene Editing World Summit in Washington im Dezember 2015 gegen ein Moratorium ausgesprochen. Grundlagenforschung und Experimente an Keimzellen und Embryonen soll es - wie in China und Großbritannien - geben; die Geburt von sogenannten Designerbabys schließe man vorerst aus. Trotz des Appells aus Washington erlaubte die britische Behörde zwei Monate später, am 1. Februar 2016, Wissenschaftlern, mit der CRISPR-Cas9-Technik an der Genveränderung gesunder menschlicher Embryonen zu arbeiten.

Britische Forscher verändern Erbgut von Embryonen

Die Forscher um Kathy Niakanam am Francis Crick Institute in London wollten mehr über die ersten Momente menschlichen Lebens erfahren. Dafür schalteten sie kurz nach der Befruchtung im Erbgut von 41 Embryonen das Gen OCT4 ab, das eine Schlüsselrolle bei der frühen Embryonalentwicklung spielt. Die Experimente an den Embryos wurden in den ersten sieben Tagen nach der Befruchtung durchgeführt.

Genome editing - wenn Eltern die Erbanlagen ihres Kindes upgraden wollen.

Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher am 21. September 2017 in der britischen Fachzeitschrift "Nature". Mit ihren Forschungen wollen die Wissenschaftler die Erfolgsrate künstlicher Befruchtungen steigern. Derzeit schaffen es nur 13 von 100 befruchteten Eizellen, sich im weiblichen Körper weiterzuentwickeln. Die veränderten Embryonen durften allerdings keiner Frau eingepflanzt werden, betonte die zuständige Behörde für menschliche Befruchtung und Embryologie (HFEA).

"Ich finde das nicht gut. Welchen Zweck hat es, menschliche Keimbahnzellen zu manipulieren? Es ist besser, Keimbahn-Experimente zu untersagen als umständlich einzuschränken."

Emmanuelle Charpentier, Miterfinderin der Gen-Schere CRISPR-Cas9

Methode mit revolutionärer Sprengkraft

Die Forscherin Emmanuelle Charpentier entdeckte die CRISPR-Cas9-Methode.

Der Fokus der Diskussion liegt dabei auf der sogenannten CRISPR-Methode, die in Forscherkreisen als revolutionär angesehen wird. Es gibt dafür drei wesentliche Gründe: Erstens ist die Methode unglaublich schnell, zweitens ist sie extrem preiswert und drittens sehr einfach in der Handhabung.

Veröffentlichung der Studie

Am 17. August 2013 veröffentlichten die französische Mikrobiologin Emmanuelle Charpentier und die US-Biochemikerin Jennifer Doudna ihre Studie im Fachmagazin "Science". Sie verwendeten Crispr-Cas9 gezielt zum Genome Editing, also zum Entfernen, Einfügen und Verändern von DNA. Die Methode galt in Fachkreisen sofort als Jahrhundertcoup und nobelpreisverdächtig.

Hefezellen, die Biokraftstoffe produzieren, Raps, der resistent ist gegen Pestizide, genetisch veränderter Lachs, der um ein Vielfaches schneller wächst als Wildlachs - das sind Beispiele aus der biologischen Forschung. Aber auch in der medizinischen Forschung sind die Wissenschaftler elektrisiert von den Möglichkeiten des Genome Editing. So wurde in China das Erbgut von Hunden so verändert, dass diese mehr Muskelmasse hatten. Und die Forscher dort haben angefangen, an menschlichen Embryonen zu forschen - die aber nicht lebensfähig waren. Damit wurde die Debatte um CRISPR-Cas9 aufgeheizt. Hinzu kommt, dass Krankheiten wie Diabetes oder Bluthochdruck für ein Editing zu komplex sind, der Defekt liegt auf mehreren Genen, von denen noch nicht alle bekannt sind.

Maßvoll oder maßlos übers Ziel hinaus?

Was soll mittels Genchirurgie alles machbar sein? Darüber diskutieren Ethikräte weltweit.

Es stellt sich daher die Frage, wie weit man mit dieser neuen Gen-Methode gehen darf. Veränderungen an einzelnen Körperzellen wie Blut- oder Leberzellen werden in der Forschung als weniger problematisch angesehen, denn sie sind nicht überlebensfähig. Schwieriger wird die Debatte, wenn es darum geht, mittels der CRISPR-Methode in die Keimbahn eines Menschen einzugreifen, denn dann werden Spermien und Eizellen manipuliert. Damit wirken sich die Veränderungen nicht nur auf den jeweiligen Organismus, sondern auch auf dessen Nachkommen aus, das heißt das menschliche Erbgut wird dauerhaft verändert.

"Das hat so grundsätzliche Bedeutung, dafür gibt es auf jeden Fall den Nobelpreis."

Stefan Endres, Forschungsdekan der Medizinischen Fakultät der Universität München

Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Preis 2016

Die Preisträger des Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Preises 2016, Jennifer A. Doudna, Dr. Claus-Dieter Kuhn und Emmanuelle Charpentier

Die mit 100.000 Euro dotierte Ehrung gilt als eine der angesehensten für Forscher in Deutschland. Sie wurde am 14. März 2016 in Frankfurz am Main an folgende Forscher überreicht: Die französische Mikrobiologin Emmanuelle Charpentier ist Direktorin am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin, zuvor war sie am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig tätig. Jennifer Doudna ist Biochemikerin und Professorin an der University of California in Berkeley (USA).
Der mit 60.000 Euro dotierte Nachwuchspreis geht an den 37-jährigen Biochemiker und Strukturbiologen Claus-Dieter Kuhn von der Universität Bayreuth.

"Die Entdeckung der beiden Preisträgerinnen hat einen Quantensprung in der Forschung bewirkt."

Begründung des Stiftungsrats für den Paul Ehrlich-Preis


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Kommentare

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HinterTürkisch, Sonntag, 05.November, 18:10 Uhr

7. falsche Erwartungen+Problem der Vermittlung

Zwei Probleme treten hier wieder und wieder auf: 1) Fehlerwartungen und 2) Fehlvermittlungen. Wer oben nachliest sieht, dass die veränderten Zellen/ Organismen NICHT losgeschickt wurden, um die Welt zu beherrschen (Ironie aus!); daneben ist alleine schon das Ziel der angewandten Humanbiologia (alias Medizin), Krankheiten zu behandeln und womöglich zu beseitigen, wegen der Komplexität der vorliegenden Zusammenhänge zumindest teilweise eine Menschheits- bzw. Ewigkeitsaufgabe. Grundlagenforschung soll und muss es im Hinblick auf Lebenserleichterung beim Menschen geben, aber (JETZT '2)'): Aus verschiedenen Gründen wird ziemlich häufig ziemlich kategorisch so über etwas fabuliert, was sich meist als DEUTLICH umständlicher wenn überhaupt als zu erreichen herausstellt und in mancherlei Hinsicht deutlich weniger heiss gegessen als gekocht wird. LETZTLICH gibt es (siehe "Neoliberalismus") die umfassende Dummheit zu allererst zu korrigieren, danach kommt gleich die Biologie.

Müller, Sonntag, 05.November, 17:27 Uhr

6.

Mein Sohn leidet unter einer Störung, die mit körperlichen Schmerzen (wahrscheinlich eine Form von Depression) und beim Einsatz von Antidepressiva dagegen mit Manien inkl. Schizophrenie einhergeht. Neuroleptika helfen gegen Manien und Schizophrenie, nicht aber gegen die Schmerzen. Neuroleptika haben weiterhin gewaltige Nebenwirkungen, sodass viele Patienten ihre Einnahme nach einigen Jahren unterbrechen oder beenden.
Ich wäre froh, wenn ihm eine Form von CRISPR in Zukunft noch helfen könnte und ich wäre auch froh, wenn er den Leidensweg, den er seit seiner Pubertät durchmachen musste, erspart geblieben wäre.
Ich finde, es sollten bei diesem Thema nur Menschen mitreden dürfen, die entweder selber leiden oder danach diejenigen, die das Leid als Angehörige miterleben mussten und noch müssen. Kirchen, Moralapostel und Angsthasen, die nicht zu den vorgenannten Gruppen gehören, dürfen allenfalls bei Themen wie verbesserter Intelligenz, besserem Aussehen und anderen "Wohlfühlthemen" diskut

Hallo, Samstag, 23.September, 20:47 Uhr

5. Was soll die Aufregung in einigen Kommentaren?

Es geht darum das menschliche Leid zu reduzieren.
Wer kann so etwas missbilligen?
Jemand der an Gott glaubt und glaubt das Leid sei eine Prüfung oder Strafe Gottes?
Jemand der keine Ahnung von Naturwissenschaften hat und jetzt alles mögliche befürchtet weil er keine Ahnung hat?
Die gleichen Befürchtungen gab es bei allen medizinischen Fortschritten.
Kann man das machen? Einfach an einem Menschen herum schneiden? Wir werden alle zu Monstrositäten! Als die Chirurgie aufkam.
Kann man das machen? Einfach ein Stück Maschine in den Menschen einbauen? Wir werden alle zu Cyborgs! Künstliches Herz.
Oder bei der Organtransplantation. Der Arm eines Mörders, wird der nicht weiter morden? Die Kontrolle über die Person übernehmen?

Es ist alles nicht eingetroffen. Keine Monster, keine Cyborgs, keine toten Körperteile die sich selbstständig machen.
Das sind nur drei Beispiele von vielen.
Und es hiess immer: "Diesmal ist es was anderes! Schlimmer als das was schon war!"

Rosi, Donnerstag, 03.August, 16:35 Uhr

4. Maßvoll oder maßlos übers Ziel hinaus?

Das Menschenmögliche wird grenzenlos, um damit persönliche Ansichten unter dem Deckmantel der Humanität durchzusetzen. Das Gesetz der natürlichen Evolution erlischt dadurch aber nicht, seine Kraft wird nur nach hinten verschoben, was nachfolgende Generationen dann auszubaden haben. Ich finde diesen Umgang mit der Genetik unverantwortlich und sehr egoistisch, denn wer verantwortet sich für das Leben, das dieser menschlichen Artenkontrolle unterworfen ist? Ich glaube an die Kraft, die mir aus menschlicher Gemeinschaft zufließt, es ist mein Auftrag diese Kraft an die Gemeinschaft zurückzugeben, der ich als Person angehöre. Es gibt schon genug Menschen, die dazu nicht mehr in der Lage sind, sei es aus mentalen, aus körperlichen oder geistigen Gründen, sie schaffen kein selbstbestimmtes Leben mehr und lassen sich dabei auf alle erdenklichen Lebensformen ein, denen sie ihr Verständnis schenken, statt sich selbst diesbezüglich zu hinterfragen.

Hermann, Mittwoch, 22.Juni, 11:25 Uhr

3. Ja, würde ich

Bei mir schaltet sich gerade das linke Auge ab, die Wahrscheinlichkeit ist groß, daß auch das schlechtere rechte ein paar jahre später folgen könnte. In der väterlichen Erblinie gibts ein paar am Glaukom erblindete...
Das wäre für mich ein Grund, das am Genom reparieren zu lassen, wenn es sicher repariert werden kann.
Bei der Gelegenheit noch das Haarwachstum, Augenfarbe, Nasenform in einem Aufwasch auch noch neuzugestalten, das verkneife ich mir. Ich bin ich, werde nicht besser mit neuer Nase.

Ja, ich hätte wichtiges wie Blindheit oder Gehörlosigkeit korrigieren lassen, aber mit Mitte 60 lohnt das nicht mehr., da werde ich das nicht mehr weitergeben.