• 06.11.2018
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Neue Methoden in der Genforschung – Segen, Gefahr oder beides?

The crystal structure of Streptococcus pyogenes Cas9 in complex with sgRNA and its target DNA at 2.5 A˚ resolution. Nishimasu et al. (2014) Cell 156 (doi: 10.1016/j.cell.2014.02.001)
Image: Nishimasu et al. (2014)
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The crystal structure of Streptococcus pyogenes Cas9 in complex with sgRNA and its target DNA at 2.5 A˚ resolution. Nishimasu et al. (2014) Cell 156 (doi: 10.1016/j.cell.2014.02.001)
The crystal structure of Streptococcus pyogenes Cas9 in complex with sgRNA and its target DNA at 2.5 A˚ resolution. Nishimasu et al. (2014) Cell 156 (doi: 10.1016/j.cell.2014.02.001) (Image: Nishimasu et al. (2014))

Bald könnte es möglich sein, dank neuer biotechnologischen Methoden Erbkrankheiten oder Krebs zu heilen. Doch die neuen Methoden können auch zur Gefahr werden, wenn sie missbraucht werden. Darüber diskutierte Dr. Ursula Jenal an einem öffentlichen Vortrag der Reihe «Wissen-schaf(f)t Wissen», organisiert durch das Zürcher Zentrum für Integrative Humanphysiologie (ZIHP) der Universität Zürich.
Von Sabina Huber-Reggi

Betroffene von Erbkrankheiten und deren Angehörige wünschen sich nichts sehnlicher, als dass man eine Behandlung für ihr Leiden findet. Denn genetische Krankheiten sind bisher meistens unheilbar. Sie werden durch ein defektes Gen verursacht, das nicht in der Lage ist, ein funktionierendes Eiweiss zu produzieren. Je nach betroffenem Eiweiss sind die Folgen verschieden. Beim Marfan-Syndrom beispielsweise können sich Risse in den Gefässwänden bilden und im schlimmsten Fall droht die Hauptschlagader - die Aorta - zu platzen. Doch die Forschung bringt Hoffnung, dass Erbkrankheiten bald geheilt werden können, indem dank der sogenannten Gentherapie defekte Gene durch fehlerfreie Kopien ersetzt werden. Aber dürfen wir uns wirklich freuen? Oder machen solche Errungenschaften auch Angst? Dr. Ursula Jenal, Biosicherheitsexpertin, Jenal&Partners Biosafety Consulting und Mitglied des Forums für Genforschung der Akademie der Naturwissenschaften Schweiz, stellte zu Beginn ihres Vortrags diese Frage in den Raum. Die Antwort war eindeutig: Wir haben auch Angst, einerseits vor möglichen Nebeneffekten für Mensch und Umwelt, andererseits auch vor Kontrollverlust und Falschinformation. «Das ist verständlich. In der Tat wird gerade zur Gentechnologie von vielen verschiedenen Seiten viel Unterschiedliches gesagt. Ich möchte Sie auffordern, die Hintergründe solcher Aussagen, ob wissenschaftlich oder nicht, immer kritisch und kontextabhängig zu hinterfragen», bestätigte Frau Jenal.

Das Missbrauchpotential einschätzen

«Sobald Forschende die Gene eines Organismus verändern, müssen sie genau wissen, was sie machen», sagte Jenal. Dabei müssen sie stets beurteilen, ob und wie der veränderte Organismus eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen könnte. Gefährlich sind genetisch modifizierte Organismen vor allem dann, wenn sie in der Lage sind, entweder Krankheiten zu übertragen oder veränderte Gene in der Umwelt zu verbreiten. Gene verändern sich zwar auch in der Natur und verbreiten sich durch Fortpflanzung oder - bei Bakterien - durch Tausch von genetischem Material. «Das ist aber der normale Verlauf der Evolution», betonte Jenal, «Wenn Wissenschaftler jedoch das genetische Material künstlich verändern, müssen sie wissen, was sie genau modifizieren. Denn sie greifen unter Umständen massiv in die Evolution und in die Biodiversität ein».

Ganze Wildtierpopulationen ausrotten im Kampf gegen Malaria

Mit den sogenannten Gene-Drives, könnten Wissenschaftler beispielsweise ganze Populationen verändern, indem sie ein modifiziertes Gen in einen Organismus zusammen mit einem Mechanismus einbringen, der sicherstellt, dass das modifizierte Gen an alle Nachkommen weitergegeben wird. Dabei nehmen Wissenschaftler die neue Genscheremethode CRISPR/Cas9 zu Hilfe, die einfach, präzis und wirksam spezifische Gene ausschalten oder verändern kann (siehe unten). Wenn die genetische Veränderung die Reproduktionsfähigkeit der Weibchen beeinträchtigt, wäre es zum Beispiel möglich, jene Mücken auszurotten, die Malaria übertragen. Doch wollen wir das? Können wir die ökologischen Folgen von einem solchen Schritt abschätzen und ihn dem Nutzen einer Ausrottung von Malaria gegenüberstellen?

Krankheiten heilen ohne Gefahr für die Umwelt

Die Anwendungen von Gentechnik-Methoden beeinflussen die Evolution nicht, wenn die veränderten genetischen Informationen nicht weitervererbt werden. Dies ist der Fall zum Beispiel bei der sogenannten Immuntherapie zur Behandlung von Krebserkrankungen. Dabei werden Abwehrzellen aus dem Blut von Patienten entnommen und so verändert, dass sie, zurück im Blut, Krebszellen gezielt erkennen und töten können. Da die Abwehrzellen die veränderten Gene nicht weitergeben, können sich diese nicht in der Umwelt verbreiten. Solche Immun- und auch Gentherapien hatten aber den Nachteil, dass sie nicht sehr effizient waren. «Doch man hofft, dass sich dies mit der neuen, viel präziserenGentechnikmethode CRISPR/Cas9, die seit wenigen Jahren zur Verfügung steht, ändern wird,», betonte Jenal. Dann wird es vielleicht auch vermehrt möglich sein, in Patienten mit Erbkrankheiten fehlerfreie Kopien des defekten Gens einzuschleusen ohne Nebeneffekte im genetischen Material. Dadurch könnten diese Patienten geheilt werden.

Schutz vor Missbrauch durch Eigenverantwortung

«Doch auch wenn wir hoffnungsvoll sind und viele Anwendungen der Gentechnik als sicher für Mensch und Umwelt einstufen, muss es uns bewusst sein, dass die Methode selber missbraucht werden könnte», warnte Jenal. So könnten Kriminelle beispielsweise CRISPR/Cas9 benützen, um Krankheitserreger gefährlicher zu machen oder um Schädlinge in der Umwelt zu verbreiten. "Auch wenn dies ohne Hochsicherheitslabor nicht möglich ist und die Gefahr für Kriminelle selbst, solche Viren herzustellen, sehr gross ist, ist eine Sensibilisierung notwendig", betonte Jenal. Das Forum für Genforschung hat zu diesem Thema im Jahr 2016 einen Workshop mit Forschenden aller Hochschulen der Schweiz durchgeführt und die Resultate in einer Brochüre publiziert. Alle Teilnehmende hatten zwar noch nie einen Missbrauch miterlebt, doch niemand konnte garantieren, dass die eigene Forschung nie missbraucht werden könnte. «100% Sicherheit wird es nie geben», mahnte Jenal. Dies haben auch die Teilnehmende am Workshop erkannt. «Achtsam und wachsam sein», das sei die Devise. Für die Forschenden war es klar, dass sie in Eigenverantwortung handeln, um der Gesetzgebung vorzugreifen. Denn gemäss der Forschenden hinke die Gesetzgebung fünf bis zehn Jahre hinter der Forschung her. Vor- und Nachteile ihres Handelns müssten sie selber abwiegen, zum Beispiel wenn sie bei der Untersuchung von Massnahmen gegen Infektionskrankheiten Krankheitserreger so modifizieren, dass sie gefährlicher werden. Damit Forschende in der Lage sind, die Risiken abzuwägen, müsse der Möglichkeiten zum Missbrauch bei der Aus- und Weiterbildung mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden, so die Rückmeldung der Workshopteilnehmenden. Ziel muss es sein, die Wissenschaftler so auszubilden, dass sie die Gefahren von Anfang an möglichst minimieren können und doch zum Wohle der Gesellschaft weiterforschen. Zudem haben sich die Workshopteilnehmende verpflichtet, vermehrt die Öffentlichkeit über ihre Forschung und die dazugehörende Risikobegrenzung zu informieren. Damit würden sie auch dazu beitragen, Ängste in der Bevölkerung abzubauen.

Sabina Huber-Reggi ist Geschäftsführerin des Zürcher Zentrums für Integrative Humanphysiologie (ZIHP)

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So funktioniert CRISPR/Cas9

Damit Wissenschaftler ein bestimmtes Gen gezielt verändern können, müssen sie die DNA an der Stelle aufschneiden, an der sich das Gen befindet. Mit der neuen Gentechnikmethode CRISPR/Cas9 ist dies nun möglich. Dafür spritzen die Forscher das Eiweiss „Cas9“ - die eigentliche Schere - zusammen mit einem RNA-Molekül in die Zelle ein (A). Das RNA-Molekül wird künstlich synthetisiert, so dass es spezifisch den Abschnitt der DNA erkennt, wo sich das Gen befindet (grün), das verändert werden soll. Die Schere „Cas9“ wird vom RNA-Molekül an den Genort geführt (B) und schneidet so die DNA an der richtigen Stelle (C). Wenn die DNA-Stränge durchtrennt sind, können die Wissenschatfler das Gen gezielt verändern (D, rot), bevor die natürlichen Reparaturmechanismen der Zelle die durchtrennten DNA-Stränge wieder zusammenfügen.

Funktionsweise von CRISPR/Cas9
Funktionsweise von CRISPR/Cas9 (Image: Sabina Huber-Reggi)
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Funktionsweise von CRISPR/Cas9
Funktionsweise von CRISPR/Cas9 (Image: Sabina Huber-Reggi)

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2018
Oct 1
Specimen bag for biological sample.
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Neue Methoden in der Genforschung – Segen, Gefahr oder beides?

Öffentlicher Vortrag über den Umgang mit dem Missbrauchspotential von biologischer Forschung von Ursula Jenal, Mitglied Forum Genforschung.

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