Chemie-Nobelpreis 2020 geht an Entdeckerinnen der Gen-Schere CRISPR – Für die bedeutendste technologische Revolution des 21. Jahrhunderts auf dem Gebiet des Bio-Engineering

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Grenzgänge in den heutigen Wissenschaften
Beobachtungen der Wissenschaft

Nahezu unbemerkt von der Öffentlichkeit entstand vor weniger als zehn Jahren das mächtigste Werkzeug der heutigen Biotechnologie, eine Technik, die Gentechnologen den direkten Zugriff auf einzelne Gene und deren gezielte Manipulation erlaubt. Ihr Name ist schon bald so bekannt wie DNA oder AIDS: CRISPR. Das Akronym steht für „Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats“ und beschreibt zunächst nicht weiteres als Abschnitte sich wiederholender DNA- bzw. RNA-Stücke im Erbgut von Bakterien. Bei Infektion mit Phagen (Viren) ist es ihnen damit möglich, Teile der viralen Fremd-DNA in genau die CRISPR-Bereiche ihrer eigenen DNA zu integrieren (genauer zwischen die CRISPR-Regionen, wo sie „Spacer“-Sequenzen genannt werden). Der eingegliederte DNA-Teil funktioniert dann wie ein Fahndungsfoto. Sobald Viren mit dieser DNA das Bakterium angreifen, erkennt die Bakterienzelle die exogene DNA und kann sofort den gewünschten Schutz aufbauen. So wird die Bakterienzelle gegen die Viren immun. Gesellt sich zu CRISPR noch das Enzym Cas9 (eine sogenannte „Endonuklease“; Cas steht dabei für „CRISPR-associated“), so lassen sich mit dieser Kombination, wie die Bio-Wissenschaftlerinnen Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna 2012 erkannten. spezifische DNA-Ziele im Genom ansteuern und dann auch manipulieren. Der Komplex aus beiden funktioniert wie Legobaustein-Finder und Schere zugleich. Man bestückt den CRISPR/Cas9-Enzymkomplex mit einer Sequenz, die genau komplementär zu der gewünschten DNA-Zielsequenz ist. Der Komplex findet dann von selbst die gewünschte Zielsequenz in der DNA und schneidet diese genau dort auf. Daraufhin lässt sich eine beliebige neue Gensequenz einbauen oder eine alte ersatzlos entfernen. „Textverarbeitung im Erbgut“ wird diese Methode daher auch genannt.  War die bisherige Geneditiertechnik  eher wie eine Schrotflinte gewesen, mit der man einfach mal auf die DNA schiesst und hofft, das richtige Gen zu finden, so ist CRISPR/Cas9 ein Präzisionsgewehr, mit dem genetische Bausteine beliebig genau entfernt oder eingebaut werden können. Und trotz ihrer unvergleichlichen Potenz ist die CRISPR-Technik so einfach handzuhaben, dass sie jedem Genlabor, ja bald vielleicht gar gymnasialen Schulklassen zur Verfügung stehen könnte. Auf Internet-Plattformen wie „Indiegogo“ oder «Origene» werden bereits „do-it-yourself“ Gen-Editier-Kits verkauft, mit denen ab 25 US Dollar jeder zuhause Genom-Editierung an Bakterien oder Hefezellen durchführen kann. Für ca. 100 US Dollar gibt es einen CRISPR-Set samt Anweisungen.

Für die Entdeckung von CRISPR erhielten die beiden Entdeckerinnen nun den Chemie-Nobelpreis. Endlich müsste man anfügen. Worauf hat das Nobel-Komitee eigentlich gewartet? CRISPR ist der wichtigste bio-medizinische und gentechnologische Durchbruch dieses Jahrhunderts. Es könnte Szenarien wie die endgültige Heilung von Krebs sehr viel schneller Realität werden lassen als dies selbst die grössten Optimisten unter den Gentechnologen noch vor 10 Jahren für möglich gehalten haben.

Längst wird die Technologie in der Praxis angewendet, insbesondere bei der Veränderung des Erbgutes von Pflanzen. So konnten die Biologen schon 2015 mit Hilfe von CRISPR beispielsweise die Gene eines Zuchtchampignons derart verändern, dass Druckstellen nicht so schnell braun werden. Der haltbare Pilz war das erste CRISPR-Produkt, dessen Vermarktung die Zulassungsbehörden der USA im Frühjahr 2016 erlaubten. Mit CRISPR tritt aber auch die Gentechnologie an Tieren und Menschen in eine neue Phase ein. Eingriffe in das menschliche Genom werden in der nahen Zukunft technisch kein Problem mehr darstellen. Für manche medizinische Anwendung hat sich die Technik bereits bis in die Phase klinischer Studien entwickelt. Dies wird die Behandlung zahlreicher bisher als unheilbar geltenden Erbkrankheiten revolutionieren, die durch Gendefekte hervorgerufen werden, aber auch von Menschheitsplagen wie HIV, Malaria oder gar Diabetes, Krebs und anderen altersbedingten Krankheiten.

Bei vielen Erbkrankheiten kennen wir das verantwortliche einzelne Gen (bei vielen anderen Krankheiten sind mehrere Gene verantwortlch). Ein Beispiel ist die „Beta Thalassämie“, die Betroffene den roten Blutkörper Hämoglobin nur unzureichend bzw. fehlerhaft bilden lässt. Sind Vater und Mutter beide Träger des krankmachenden Gens, sind die Symptome schon bei den Babys auffällig: sie sind sehr blass und entwickeln sich nicht gut. Die Betroffenen berichten später von ständigen Kopfschmerzen und Schwindelgefühlen und davon, dass sie schnell ausser Atem kommen und müde sind. Weil sich durch die Krankheit die Hohlräume in den Knochen vergrössern, kommen oft auch Deformationen des Skeletts hinzu. All diese Symptome könnten vermieden werden, wenn das Gen ersetzt wird, dessen Fehlfunktion zu dem schweren Mangel an roten Blutkörperchen führt. Wir sehen also: Gentechniken wie CRISPR bieten grossartige Aussichten, Menschen von viel Leid zu befreien.

Doch was passiert, wenn diese Technologie auf embryonale Zellen, Ei- oder Spermazellen angewendet wird? Dann ist nicht nur das Individuum manipuliert, sondern alle seine oder ihre Nachkommen sind es ebenfalls. Wissenschaftler fragen heute nicht mehr: An welchen Genen kann die neue Methode verwendet werden? Vielmehr fragen sie: An welchen Genen soll sie verwendet werden? Soll man mittels CRISPR nicht nur Erbkrankheiten behandeln, sondern vielleicht auch menschliche Eigenschaften wie Augenfarbe, Körpergrösse oder Intelligenz genetisch beeinflussen? CRISPR könnte dafür sorgen, dass Designer-Babys keine Utopie (oder Dystopie?) mehr bleiben. Mit ihrer Hilfe werden sich Eltern die Eigenschaften ihrer Kinder – Augenfarbe, Grösse, Intelligenz, Körperstärke und vieles mehr – ganz nach ihren Wünschen zusammenstellen können. Auch könnten gentechnisch optimierte Menschen schon bald „normalen Menschen“ kognitiv und körperlich deutlich überlegen sein. Wir wären bei der genetischen Menschenzucht.

Im Mai 2015 stellte das Wissenschafts-Fachmagazin Nature die Frage: „Wo in der Welt könnte das erste CRISPR-Baby geboren werden?“ Mit Blick auf die jeweilige Gesetzeslage lautete die Antwort: Japan, China, Indien oder Argentinien. Im November 2018 war der Wettlauf entschieden: Ein bis dahin unbekannter chinesischer Wissenschaftler gab bekannt, die ersten genetisch editierten Menschen erschaffen zu haben. Er hatte ihr Genom so verändert, dass sie lebenslang gegen HIV immun sind. Mehr als ein mittelmässig ausgestattetes Labor und gentechnologisches Grundwissen hatte er dafür nicht benötigt. Damit war klar: Wir sind endgültig im Zeitalter der Menschenversuche und Designer-Babys angekommen.

Wie so viele andere Technolgien offenbart also auch CRISPR den Fluch und den Segen des technischen Fortschrittes zugleich. Für den Einzelnen ist es ein grosser Segen, wenn sich mit CRISPR das Genom seiner „kaputten“ Zellen reparieren lässt. Doch was passiert, wenn diese Technologie für die Manipulation des gesunden menschlichen Genoms verwendet wird, schlimmstenfalls mit Auswirkungen auf alle zukünftigen Generationen? Ihre unvergleichbare Potenz lässt neben Bioingenieuren längst Philosophen, Theologen, Ethiker und nicht zuletzt auch Politiker über die Auswirkungen der CRISPR-Technologie in menschlichen Händen diskutieren. Das schliesst das Nobelkomitee in Stockholm sicher nicht aus.

Lars Jaeger

Veröffentlicht von

www.larsjaeger.ch

Jahrgang 1969 habe ich in den 1990er Jahren Physik und Philosophie an der Universität Bonn und der École Polytechnique in Paris studiert, bevor ich am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden im Bereich theoretischer Physik promoviert und dort auch im Rahmen von Post-Doc-Studien weiter auf dem Gebiet der nichtlinearen Dynamik geforscht habe. Vorher hatte ich auch auf dem Gebiet der Quantenfeldtheorien und Teilchenphysik gearbeitet. Unterdessen lebe ich seit nahezu 20 Jahren in der Schweiz. Seit zahlreichen Jahren beschäftigte ich mich mit Grenzfragen der modernen (sowie historischen) Wissenschaften. In meinen Büchern, Blogs und Artikeln konzentriere ich mich auf die Themen Naturwissenschaft, Philosophie und Spiritualität, insbesondere auf die Geschichte der Naturwissenschaft, ihrem Verhältnis zu spirituellen Traditionen und ihrem Einfluss auf die moderne Gesellschaft. In der Vergangenheit habe ich zudem zu Investment-Themen (Alternative Investments) geschrieben. Meine beiden Bücher „Naturwissenschaft: Eine Biographie“ und „Wissenschaft und Spiritualität“ erschienen im Springer Spektrum Verlag 2015 und 2016. Meinen Blog führe ich seit 2014 auch unter www.larsjaeger.ch.

4 Kommentare

  1. Das ist sicher die grösste Entdeckung in dem Bereich seit der PCR. Der Nobelpreis ist da mehr als verdient. Ich hätte nicht gedacht wie einfach sowas sein kann, DIY für zuhause, wtf 🙂

    Was mich stört sind die Heilsversprechen die dann im Gegenzug immer mit sowas verknüpft werden. Wir haben ja auf der Erde eine Menge Probleme wie Hunger Unterernährung Kindersterben Versorgung mit Medikamenten.
    Nur für alle diese Probleme brauche ich keine neuen Entdeckungen die könnte man alle problemlos auch heute lösen. Der Hintergrund sind schlicht Verteilungsfragen, Pharmapatente, Profite.. usw. Ich brauch dafür auch keine Superpflanzen , wie Golden Rice und Co.

    Zum Thema selbst – bekantermassen erfordern viele Krankheiten eine individuelle Behandlung. Da kommt die Genschere natürlich mehr als passend. Nur wie sieht die Realität aus, Behandlungskosten gegen die selbst die derzeit schon überzogenen Kosten wie ein Klacks aussehen, mit individuell zugeschnittenen Medikamenten. Nur wer kann sich die leisten.

    Hier vermisse ich ein stückweit die Verantwortung der Wissenschaftler die das erforschen. Da wird sich meines Erachtens zuviel auf die hehre Forschung berufen, was da an Geld persönlich reinkommt, das hat man ja schliesslich mehr als verdient. Bekannt ist mir da nur diese eine Inderin. Weltweit etwas wenig.

    • @Wissenschaftssdidakt:

      Zum Sinn von Gentherapien: Heilung bisher unheilbarer Krankheiten scheint mir Sinn genug. Hier darf man Gott ins Handwerk pfuschen, denn nicht Gott hat ausgewählt wer erbkrank ist, sondern der Zufall.

      Zu den Kosten von Gentherapien: zu hohe Kosten von Gentherapien sprechen für Gentherapien der Keimbahn, also dafür nur Gesunde oder mindestens Gesündere als heute auf die Welt kommen zu lassen, denn dann kosten diese Menschen später viel weniger, da sie mindestens von bestimmten, besonders schlimmen Krankheiten verschont bleiben.

  2. CRISPR Anwendungen 10 Jahre nach Entdeckung von CRISPR
    Pernilla Wittung Stafshede, Mitglied des Nobelkomitees, sagte kürzlich, CRISPR “habe der Menschheit bereits großen Nutzen gebracht“. Tatsächlich werden bereits mehrere Erbkrankheiten mit CRISPR therapiert und Therapien gegen Krebs und HIV entwickelt oder in den Worten von Pernilla Wittung Stafshede:

    „ Es werden Immunzellen so verändert, dass sie Krebszellen wirksamer zerstören und das HIV-Virus entfernen, wenn es sich in das menschliche Genom integriert hat. Und es werden CRISPR-basierte Medikamente zur Behandlung von Herzkrankheiten, Blutkrankheiten und Blindheit entwickelt.„

    CRISPR wird in diesen Fällen also bei bereits geborenen, vielleicht schon erwachsenen Menschen angewendet, etwas das gelingt, weil Genfähren (wie gewisse Viren) das CRISPR-System zu den zu den zu therapierenden Zellen bringen können.

    Unsere CRISPR-Zukunft
    Frage: Soll man mittels CRISPR nicht nur Erbkrankheiten behandeln, sondern vielleicht auch menschliche Eigenschaften wie Augenfarbe, Körpergrösse oder Intelligenz genetisch beeinflussen?
    Warum nicht, wenn man es bei bereits Erwachsenen macht, die sich selbst dafür entschieden haben. Den eigenen Nachwuchs so zu programmieren ist schon etwas problematischer. Doch gemäss der US-Organisation AAAS (U.S. National Academies) sollen Keimzelltherapien nicht ausgeschlossen sein, auch wenn die Forschung heute noch nicht so weit ist, dass das auf sichere Weise getan werden kann. Allerdings sollen gemäss AAAS Designer-Babies nicht erlaubt sein, wohl aber soll es erlaubt sein, Gene bei Keimzellen oder Embryos so zu verändern, dass genabhängige Krankheiten wie Alzheimer, Bluthochdruck, Diabetes, etc., etc, weniger häufig werden.

    Irgendwann könnten also plötzlich eine deutlich gesündere, weniger krankheitsanfällige Generation von Menschen entstehen – einfach darum, weil man ihnen „bessere“ Gene beschert. Vielleicht sogar Menschen, die viel älter werden als wir heute, denn es stellt sich die Frage:
    Ist Alter nicht auch eine Art Krankheit, eine Krankheit, die wir wegtherapieren dürfen ?

  3. CRISPR/Cas9 hat unzählige Anwendungen in der Pflanzenzucht. So kann die Resistenz gegen Pflanzenkrankheiten erhöht werden, der Ertrag verbessert werden, die Trocken/Dürreresistenz verbessert werden, es können unerwünschte, giftige Stoffe aus der Pflanze eliminiert werden und vieles mehr.
    Der Artikel Principles, Applications, and Biosafety of Plant Genome Editing Using CRISPR-Cas9 listet allein schon folgende Pflanzen auf, bei denen es eine oder mehrere erfolgsversprechende CRISPR-Anwendung gibt: Arabidopsis thaliana, Banane (Musa-Arten), Cavendish-Banane Musa acuminata), Gurke, Kamelidengras (Camelina sativa), Kartoffel, Mais,Orangen, Pampelmusen und Grapefruits, Pilz, Reis, Sojabohne, Sorghum, Stresstolerante Wildtomate
    Tomate, Weintraube,Weizen, Wilde Tomate.

    Frage: ist es nicht viel besser eine Nutzpflanze resistent gegen eine Planzenkrankheit zu machen, als mit Pestiziden zu arbeiten?

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