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Sonntag, 21. Januar 2018

Gentechnik

Gene Editing macht die Arzneiforschung effizienter

Von Silvia Weiden | 19. Juni 2015 | Ausgabe 25

Eine molekulare Schere, mit der sich einzelne Gene wie in einem Textdokument ausschneiden und neu platzieren lassen, beschleunigt nicht nur die Pharmaforschung. Das Multifunktionswerkzeug ist so exakt, dass damit auch menschliche Embryonen nach Maß geschaffen werden könnten. Genau das wollen chinesische Forscher nun erprobt haben.

Gen BU
Foto: Bild: PantherMedia/Sebastian Kaulitzki

An menschlichen Embryonen haben kürzlich chinesische Forscher die Genschere bereits eingesetzt. Die Versuche wurden aber bald abgebrochen.

Es ist ein rasanter Siegeszug in der Gentechnik und eine brisante Gratwanderung. Vor knapp drei Jahren beschrieben Emmanuelle Charpentier, heute am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig, und Jennifer Doudna von der University of California in Berkeley, USA, ein neues Werkzeug in der Molekularbiologie.

Crispr-Cas9, so die sperrige Bezeichnung, ist eine Art molekulare Sonde mit anhängender Schere, die die DNA punktgenau schneiden kann. Wie bei einem Textdokument lässt sich damit das Erbgut redigieren. Man kann Gene ausschneiden, verändern und neue genetische Informationen einfügen. Das funktioniert nicht nur bei Bakterien, denen das Multifunktionswerkzeug entlehnt ist. Diese wehren damit zum Beispiel Viren ab. Mithilfe des Cas-Enzyms trennen sie exakt jene Viren-Gene aus ihrem Genom heraus, die zuvor von Crispr, einem Molekülkomplex aus RNA, als fremd erkannt wurde.

Der Clou: RNA ist als komplementäres Schwestermolekül der DNA von Natur aus auf hoch spezifische Erkennung getrimmt. Das ist der Grund für die universelle Zielgenauigkeit des Genskalpells, das Erbinformation, egal ob bei Mikrobe, Mais, Maus oder Mensch, viel präziser als andere Methoden erkennt und schneidet.

Die Biotechbranche ist begeistert. „Durch neue Technologien wie Crispr-Cas ist das gezielte Einsetzen oder Entfernen bestimmter Genabschnitte wesentlich einfacher geworden. Dies ermöglicht langfristig sowohl neue Therapieoptionen als auch Anwendungen in der Pflanzenzüchtung“, sagt Ernst-Ludwig Winnacker. Der ehemalige Präsident der Deutschen Forschungsgemeinschaft berät heute den Pharmakonzern Bayer. Denkbar seien nicht nur eine effiziente Behandlung oder Vorbeugung von Erbkrankheiten, sondern auch neue Therapieansätze im Kampf gegen Erkrankungen wie Aids und Krebs oder auch Einsätze im Agrarsektor.

 Die Biotechnologie profitiert schon jetzt vom hochpräzisen Genskalpell. Beispiel Tiermodell. In der Regel an Mäusen simulieren Pharmaforscher Erbgutveränderungen, die eine wichtige Rolle für die Entwicklung neuer Medikamente spielen. Dabei werden die Mäuse gentechnisch so verändert, dass sie als Modell für menschliche Erkrankungen dienen.

Dauerte es früher bis zu einem Jahr, bevor ein Tiermodell stand, „schaffen wir das heute, dank der Crispr-Cas-Technologie, in einem Fünftel der Zeit“, sagt Lorenz Mayr, Vizepräsident beim schwedisch-britischen Pharmakonzern AstraZeneca. Der Zeitgewinn zahlt sich durch einen frühen Markteintritt und beim Patentschutz aus.

Auch gentherapeutische Eingriffe erleichtert die neue Methode und macht sie effizienter. Denn das neue Multifunktionswerkzeug lässt sich so klein machen, dass es in sogenannte AAV-Viren passt. Diese Genfähren sind relativ klein, haben aber den großen Vorteil, dass sie für den menschlichen Organismus harmlos sind. Mit ihrer Hilfe kann die Genschere ins Innere von kranken Organen gelangen, um dort Zellen zu reparieren.

Im Versuch mit Mäusen haben US-Forscher am Broad-Institute in Cambridge, Massachusetts, die Wirksamkeit einer solchen Gentherapie demonstriert. Sie packten die Crispr-Cas-Schere in die Genfähren hinein und spritzten diese in die Leber von Mäusen. Dort sollte das Skalpell bestimmte Zielgene ausschalten.

Eine Woche nach der Injektion waren bereits 40 % der Zielgene in der Leber der Tiere verändert. Da diese Gene den Cholesterinhaushalt regulierten, veränderte sich entsprechend auch der Cholesterinspiegel im Blut der Tiere. „Wir sind begeistert über die Aussichten, die das neue Werkzeug für die Gentherapie verheißt. Es arbeitet exakt und zuverlässig und ist gleichzeitig klein genug, sodass man es in Viren vom Typ AAV packen kann. Das macht es zu einem hervorragenden Kandidaten für die Gentherapie“, ist Studienleiterin Fei Ann Ran überzeugt.

Foto: David Ausserhofer/MDC

„Langfristiges Ziel ist es, die Crispr-Cas-Technik auch für die Gentherapie beim Menschen zur Behandlung schwerer Erkrankungen einzusetzen.“ Klaus Rajewsky, Krebsforscher am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin.

„Langfristiges Ziel ist, die Crispr-Cas-Technik auch für die Gentherapie beim Menschen zur Behandlung schwerer Erkrankungen einzusetzen“, sagt Klaus Rajewsky vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin. Dem Genforscher war es vor kurzem gelungen, das Verfahren noch effizienter zu machen. Zugleich warnte er davor, dass damit auch gezielte genetische Veränderungen von Ei- und Samenzellen des Menschen möglich sind, Manipulationen, die einen Tabubruch darstellen, weil sie vererbbar sind. Solche Eingriffe sind zwar in vielen Ländern, so auch Deutschland, gesetzlich verboten, doch „ein weltweites Verbot gibt es nicht“, so Rajewsky, der ein Moratorium in der Genforschung fordert. Womöglich kommen die mahnenden Worte zu spät.

Kürzlich sorgte eine Veröffentlichung chinesischer Forscher weltweit für Aufsehen. Wie die Gruppe um Junjiu Huang von der Provinzuniversität Sun Yat-sen in Guangzhou berichtet, haben sie menschliche Embryonen mithilfe der Crispr-Cas-Technik genetisch manipuliert. Der Eingriff wurde an 54 Embryonen durchgeführt, die bei Versuchen der künstlichen Befruchtung nicht eingesetzt und deshalb für Forschungszwecke eingefroren wurden.

Dabei handelte es sich um nicht lebensfähige Keime, die jeweils von zwei männlichen Samenzellen befruchtet worden waren. Solche Embryonen mit drei statt wie normal zwei Chromosomensätzen sterben in einem frühen Stadium ihrer Entwicklung ab. Sie dienten den chinesischen Forschern als Testfall für die neue Technik. Mit unerwartetem Ausgang. Denn nur in rund der Hälfte der Fälle konnte die genetische Zielregion ersetzt werden und das auch nur in jeweils einem Teil der embryonalen Zellen.

Spezifität und Zuverlässigkeit der neuen Technik müsse noch deutlich verbessert werden, bevor an eine klinische Anwendung zu denken ist, so das Fazit der chinesischen Forscher, die ihre spektakulären Ergebnisse in einem wenig einschlägigen Blatt veröffentlicht haben.

Für Zweifel unter Forschern sorgt auch die Tatsache, dass sich die Gutachter des Blattes offenkundig nicht einen Tag Zeit für die Prüfung der eingereichten Arbeit genommen haben, wie aus den Datumsangaben für Einreichen und Akzeptieren der Veröffentlichung hervorgeht.

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