Die Bio-Hacker des genetischen Codes

„Genome Editing“: Durch die Entwicklung der CRISPR-Cas9-Technologie werden Eingriffe in das Erbgut einfacher und gefährlicher als jemals zuvor. Von Stefan Rehder
Foto: Shutterstock | Hoch zu Ross. Doch so einfach, wie es scheint, ist es gar nicht. Der Versuch des Menschen, die vollständige Kontrolle über sein Genom zu erlangen, gleicht in Wahrheit eher einem lebensgefährlichen Tanz auf dem Vulkan ...
Foto: Shutterstock | Hoch zu Ross. Doch so einfach, wie es scheint, ist es gar nicht. Der Versuch des Menschen, die vollständige Kontrolle über sein Genom zu erlangen, gleicht in Wahrheit eher einem lebensgefährlichen Tanz auf dem Vulkan ...

Es ist der Traum der Biologen, die DNA-Sequenz, den Programmiercode des Lebens zu besitzen und ihn bearbeiten zu können, wie ein Dokument in einem Textverarbeitungsprogramm“, bekannte zu Beginn des 21. Jahrhunderts der US-Stammzellforscher, Gründer und CEO mehrerer BioTech-Schmieden, Michael David West, der mittlerweile mehr als 140 Patente hält oder an ihnen beteiligt ist. Heute, kaum mehr als eine Dekade später, ist „der Traum der Biologen“ längst in greifbare Nähe gerückt. So nahe, dass unter den Forschern selbst ein Streit darüber entbrannt ist, ob sie seiner Verwirklichung eher eilig oder eher behutsam nachjagen sollten.

Während im März dieses Jahres fünf US-Wissenschaftler im Wissenschaftsmagazin „Nature“ unter der Überschrift „Don't edit the human germ line“ ein Moratorium für Eingriffe in die menschliche Keimbahn forderten, treiben andere solche Projekte massiv voran. Mitte September stellte die Stammzellforscherin Kathy Niakan vom Francis-Crick-Institute in London bei der britischen Aufsichtsbehörde HFEA (Human Fertilisation and Embryology Authorithy) einen Antrag, der an ethischer Brisanz schwer zu überbieten ist. Denn Niakan will von der HFEA die Genehmigung erhalten, das Erbgut menschlicher Embryonen zu verändern, die ursprünglich zum Zwecke künstlicher Befruchtung erzeugt wurden, von ihren Auftraggebern aber zur Herbeiführung einer Schwangerschaft nicht mehr benötigt werden und der Forschung zur Verfügung gestellt wurden. Durch gezielte Manipulation, bei denen einzelne Abschnitte des Genoms der Embryonen herausgeschnitten und andere eingefügt werden sollen, will Niakan herausfinden, welche Gene die Zell- und Organentwicklung früher Embryonen regulieren. Die Klärung dieser Vorgänge sei nicht nur von grundlegender biologischer Bedeutung. Auch könne das bei den Experimenten gewonnene Wissen unter Umstände helfen, Methoden der künstlichen Befruchtung zu verbessern und Unfruchtbarkeit erfolgreicher zu behandeln, heißt es in Niakans Antrag.

Das Werkzeug schauten sich die Hacker von Bakterien ab

„Wichtig“ sei außerdem, versichert die Forscherin, dass „alle gespendeten Embryonen, im Einklang mit den Vorschriften der HFEA, nur zu Forschungszwecken verwendet werden“. Mit anderen Worten: Jeder der ursprünglich zu einem Zweck künstlich erzeugten Embryonen, der Niakans Experimente überlebt, wird die Petrischale nicht verlassen. „Forschungsembryonen“ haben eine gesetzlich streng limitierte Lebendauer von maximal 14 Tagen. So schreiben es die in Großbritannien geltenden Regeln vor. Die Chance, dass die durch Eingriffe der Forscher um Niakan genetisch veränderten Embryonen ihre neu gewonnenen Eigenschaften auf ihre Nachkommen vererben, besteht – auch wenn die HFEA Niakan grünes Licht erteilte – daher nur theoretisch.

Dass das Hacken des genetischen Codes, für das die Wissenschaftler den viel würdevoller klingenden Begriff des „Genom editing“ ersonnen haben, auch beim Menschen nicht mehr nur ein sehr gefährlicher Wunsch, sondern inzwischen ein völlig realistisches Szenario ist, verdankt die „scientific community“, wie sich die Gilde der Wissenschaftler voll Stolz gerne selber nennt, vor allem zwei Frauen: Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier. Die US-Amerikanerin und die Französin, die unter Experten als Anwärter auf den Nobelpreis gehandelt werden, zumindest in diesem Jahr aber leer ausgingen, leiteten beide Arbeitsgruppen, die auf der Suche nach mächtigen molekularbiologischen Werkzeugen der Frage nachgingen, wie sich Bakterien gegen Viren verteidigen.

Wie jeder Gymnasiast im Biologieunterricht lernt, gibt es Viren, sogenannte Bakteriophagen, die mangels eines eigenen Stoffwechsels einen Wirt benötigen, um sich zu vermehren. Dazu „kapern“ sie ein Bakterium, schleusen ihre DNA in die Wirtszelle ein und „zwingen“ diese, statt der Bakterien-DNA, die Phagen-DNA zu replizieren. Doudna und Charpentier fanden nicht nur heraus, dass Bakterien, die einen solchen „Hackerangriff“ von Bakteriophagen überlebten, kurze Fragmente der Phagen-DNA in ihre eigene einbauten, sondern auch wo. Der Einbau erfolgt jeweils zwischen sogenannten CRISPR-Sequenzen, die japanische Forscher bereits Ende der 80er Jahre des vergangenen Jahrhunderts entdeckt hatten. Auf diese Weise legen sich die Bakterien ein ganzes „Archiv“ von Viren-DNA an, das ihnen im Falle einer neuerlichen Attacke hilft, einmal besiegte Angreifer wiederzuerkennen und ein Protein herzustellen, das die Phagen-DNA aus der eigenen herausschneidet und deren Reparatur ermöglicht.

Zwar nutzen Molekularbiologen ähnliche „Genscheren“, mit denen sich der genetische Code von Lebewesen gezielt verändern lässt, bereits seit rund 40 Jahren, doch stellt die von Doudna und Charpentier entschlüsselte und modifizierte Technologie alle bislang verwandten Werkzeuge in den Schatten. Nachdem sie 2011 damit begonnen hatten, zusammenzuarbeiten, veröffentlichten sie im August 2012 in der renommierten Fachzeitschrift „Science“ gemeinsam eine Arbeit, die es Forschern heute überall auf der Welt ermöglicht, die DNA eines jeden Lebewesens – und damit prinzipiell auch die von Menschen – gezielt zu verändern. Wie bei einem Textverarbeitungsprogramm – Buchstabe für Buchstabe. Denn die unter dem Namen CRISPR-Cas9 firmierenden Genscheren sind so programmierbar, dass sie nahezu jeden beliebigen Ort der DNA-Sequenz eines Genoms ansteuern und dort einen Schnitt setzen können. Schadhaft mutierte oder auch nur unliebsame Gene können mittels dieser Technologie herausgeschnitten und durch gesunde oder auch nur für besser befundene ersetzt werden. Bei Pflanzen und Tieren geschieht das im Labor heute täglich und das weltweit.

Das Gefahrenpotenzial kann gar nicht überschätzt werden

Auch Niakan will ihre Experimente mit CRISPR-Cas9-Systemen durchführen. Was das von Doudna und Charpentier in der Natur aufgefundene und fortentwickelte Werkzeug aber so potent und zugleich gefährlicher macht als alle bisherigen Genscheren, ist etwas ganz anderes: Sie sind nicht nur preiswert zu haben – im Internet werden CRISPR-Cas9-Systeme für 55 US-Dollar zzgl. Versandkosten offeriert – sondern auch so einfach zu handhaben, dass jeder ordentlich ausgebildete Laborant mit ihnen arbeiten könnte.

„Der leichte Zugang und die einfache Handhabe von CRISPR gibt Forschern die Möglichkeit, überall auf Welt jeden Versuch zu machen, den sie wollen“, warnt denn auch Edward Lamphier, CEO der Biotech-Firma Sangmo BioSciences und einer der fünf US-Wissenschaftler, die die „scientific community“ für ein Moratorium zu gewinnen suchen.

Auch in Deutschland mahnen Wissenschaftsorganisationen längst zu Vorsicht und Bedacht. Das ist durchaus bemerkenswert. Bedenkt man, dass es den Wissenschaftsfunktionären in Deutschland beinah schon traditionell gar nicht schnell genug gehen kann, Forschern in Deutschland den Weg auf internationales Parkett zu ebnen, müssen die neuen Töne aufhorchen lassen. „Die DFG und die Akademien sprechen sich im Hinblick auf sämtliche Formen der künstlichen Keimbahnintervention beim Menschen, bei der Veränderungen des Genoms an Nachkommen weitergegeben werden können, für ein internationales Moratorium aus, um offene Fragen transparent und kritisch zu diskutieren, den Nutzen und potenzielle Risiken der Methoden beurteilen zu können und Empfehlungen für zukünftige Regelungen zu erarbeiten“, heißt es in einer gemeinsamen Stellungnahme der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Bei der Debatte um die embryonale Stammzellforschung klang das noch ganz anders. Damals hielten Wissenschaftsfunktionäre ethisch argumentierenden Politikern und Bürgern vor, Deutschland sei „keine Insel“. Heimische Wissenschaftler dürften international nicht ins Abseits gestellt werden. Sogar von einer „Doppelmoral“ war die Rede. Da Deutschland sich nicht Therapien oder Medikamenten verschließen werde, die ausländische Forscher im Zuge embryonaler Stammzellforschung entwickelten, sollte der Gesetzgeber dafür sorgen, dass deutsche Wissenschaftler bei der Vergabe der damals sprudelnden Forschungsgelder mit ausländischen Forschern konkurrieren und sich einen Teil des Kuchens sichern konnten.

Auch das „Genome editing“ lässt die deutschen Wissenschaftsorganisationen, deren verständliche Forschungsfreundlichkeit damals an puren Opportunismus grenzte, nicht zu Maschinenstürmern mutieren. „Das Moratorium“, heißt es in der Stellungnahme weiter, „sollte aber nicht dazu beitragen, die methodische Fortentwicklung und damit die aussichtsreichen neuen Einsatzmöglichkeiten des genome editings für die Forschung und Anwendung generell einzuschränken.“

Vielmehr besäßen diese, darunter subsumierten, Technologien „ein hohes wissenschaftliches Potenzial“, das „in vielen Bereichen ethisch und rechtlich unbedenklich ist“. Und weiter: „Die Methoden des genome editing sind nicht automatisch mit vereinzelten potenziell missbräuchlich beziehungsweise ethisch und rechtlich noch zu bewertenden Anwendungen gleichzusetzen.“

Auch Biowaffen lassen sich mit der Technologie herstellen

Das stimmt, hilft aber allenfalls bedingt weiter. „Das Gefahrenpotenzial der CRISPR-Cas9-Technologie kann gar nicht überschätzt werden“, sagt Lukas Kenner im Gespräch mit dieser Zeitung. Der Universitätsprofessor und Krebsforscher, der am Ludwig Boltzmann-Institut für Krebsforschung in Wien eine Arbeitsgruppe leitet, die selbst seit gut einem Jahr mit der CRISPR-Cas9-Technologie arbeitet, ist von der Effizienz der neuartigen Methode begeistert. Die CRISPR-Cas9-Technologie sei eine „wahre Revolution für den Fortschritt in der Medizin“, sagt Kenner. Ergebnisse, für die er und sein Team früher ein Jahr und mehr benötigt hätten, ließen sich mit der CRISPR-Cas9-Technologie heute in 12 Wochen erzielen. Ein Grund: Mit der CRISPR-Cas9-Technologie lassen sich mehrere Gene gleichzeitig ansteuern. Dies ermögliche Forschern nicht nur die Klärung der Funktionen einzelner Gene, sondern ganzer Kombinationen. Doch damit nicht genug: Nicht nur die „Effizienz“, auch die Aussagekraft der mit CRISPR-Cas9 erzielten Ergebnisse sei höher als mit herkömmlichen Methoden. Ein wesentlicher Vorteil der „fast brandneuen Technologie“ sei, dass man mit ihr „ganze Gene komplett ausschalten“ könne, während man mit anderen Technologien deren „Expression“ bislang nur „verhindern“ oder auch nur „reduzieren“ konnte. „Bislang Unmögliches“ werde nun „möglich“, schwärmt der Krebsforscher, der Krebserkrankungen mit transgenen, gentechnisch veränderten Mäusen sowie an menschlichen Tumorzelllinien in der Petrischale erforscht.

Doch der Katholik weigert sich, die Augen vor den Gefahren zu verschließen, die gegeben seien, „sobald eine solche Technologie in die falschen Hände gerät“. Schon allein aufgrund ihrer globalen Verbreitung stelle die CRISPR-Cas9-Technologie „eine extreme Herausforderung an die Bioethik“ dar, meint Kenner. Dabei sind es zunächst weniger gentechnisch veränderte Menschen, die dem Krebsforscher Sorge bereiten, auch wenn er ein solches Szenario „für die Zukunft keineswegs ausschließen“ will, als vielmehr die „Produktion von Biowaffen“. In den Händen von Terroristen stelle die CRISPR-Cas9-Technologie „eine Bedrohung der gesamten Menschheit“ dar.

Auch kann niemand wirklich abschätzen, welche, womöglich verheerende, Folgen genetisch veränderte Organismen in Ökosystemen entfalten, sobald sie freigesetzt werden. In Deutschland und im übrigen Europa, wo sich eine wachsende Zahl von Politikern und Bürgern derzeit vor ein paar Millionen Flüchtlingen aus Syrien, Afrika und Einwandern aus dem Westbalkan fürchtet, scheint man diese immense Bedrohung noch gar nicht registriert zu haben. Immerhin will sich der Deutsche Ethikrat im Dezember auf einer Tagung auch mit dem „Genome editing“ beschäftigen. Man darf gespannt sein. Vorausgesetzt, Bio-Terroristen haben bis dahin noch keinen ordentlich ausgebildeten Laboranten rekrutieren können.

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