08. November 2018

CRISPR/Cas: Für Bastler ungeeignet

Eric Kübler - Rohstoffe

In den letzten Jahren wurde die Technologie CRISPR/Cas populär, deren Name eher an einen Müesliriegel als an Gentechnologie erinnert. Bisweilen ist auch von der «Genschere» die Rede. Wie wird sie angewendet, welche Chancen und Risiken ergeben sich? Der folgende Text gibt Auskunft.

CRISPR, Abkürzung für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, ist ein kleiner Teil des Erbguts in Bakterien, dank dem diese sich gegen Eindringlinge wie Viren wehren können. Die Bakterien zerschneiden damit das Erbmaterial des Virus und unterbinden so dessen Vermehrung. Die Bakterien überleben. Der Mechanismus von CRISPR kann auch dazu verwendet werden, das Erbgut höherer Organismen praktisch nach Wunsch zu verändern. Drei Komponenten sind dazu notwendig: Ein kurzes Stück Ribonukleinsäure (1) und das Enzym Cas9 (2) bilden zusammen die Genschere. Wie ein Schlitten gleitet die Schere über das Erbmaterial und sucht die korrekte Stelle, um das Erbgut spezifisch und punktgenau zu schneiden. Der zelleigene Reparaturmechanismus will die Lücke wieder schliessen und baut dabei vom Menschen hergestellte Erbgutstücke (3) in die Lücke ein. Eine so erzeugte Veränderung gibt keine «Narben», d.h. es ist unmöglich im Nachhinein nachzuweisen, wie sie entstanden ist.

Gewaltiges Potenzial
CRISPR/Cas bietet sich insbesondere für die Korrektur genetisch bedingter Erkrankungen an. Ungelöst ist noch, wie das CRISPR/Cas-System genau in diejenigen Zellen geschleust werden kann, wo die Korrektur gewünscht ist. Bei einer geringen Anzahl Zellen ist es noch verhältnismässig einfach. So konnten in ersten Versuchen Mäuse, die wegen eines Gendefekts an fortschreitendem Gehörverlust leiden, mittels direkter Injektion ins Ohr teilweise geheilt werden. Zellen können auch ausserhalb des Körpers gezüchtet und mit CRISPR/Cas verändert werden. Bringt man sie dann in den Körper, vermehren sie sich weiter. Sichelzellanämie, eine weit verbreitete Erbkrankheit der roten Blutkörperchen, könnte auf diese Weise therapiert werden. Die Anwendung von CRISPR/Cas ist auch in Ei- oder Samenzellen möglich mit dem Vorteil, dass der sich entwickelnde Mensch ausschliesslich aus «geheilten» Zellen besteht und die genetische Erkrankung nicht an Nachkommen weitergegeben werden kann. Dieser Ansatz würde es auch erlauben, «Designerbabies» auf die Welt zu stellen.

Gefahr unerwünschter Effekte
CRISPR/Cas hat auch Schwachstellen. So kann die Genschere an einer falschen Stelle im Erbgut schneiden. Da keine Korrekturvorlage vorhanden ist, schleichen sich bei der Reparatur Fehler ein. Es kommt zu so genannten Off-Target-Effekten. Es ist unklar, wie viele dieser Effekte zusätzlich zur gewünschten Veränderung geschehen. Noch gibt es keine normierten Testsysteme, um verlässliche Angaben zu erhalten. Die Gefahr ist aber nicht zu unterschätzen. Im schlimmsten Fall werden Gene aktiviert, die zu Krebs führen. Dank Anpassungen in der Genschere konnten Off-Target-Effekte mittlerweile aber deutlich vermindert werden.

Problematik der Do-it-yourself-Bewegung
Wie bei vielen wissenschaftlichen Durchbrüchen gibt es bei CRISPR/Cas Bestrebungen, die Technologie aus den akkreditierten Labors zu nehmen und auf eigene Faust zu basteln. Die so genannte Do-it-yourself-Bewegung hat in den letzten Jahren grossen Zulauf erhalten, unter anderem weil Laborausrüstungen inzwischen sehr günstig sind. Speziell molekularbiologische Experimente sind in Mode gekommen: Sie wurden in letzter Zeit sehr robust und bieten Aussicht auf spektakuläre Ergebnisse wie fluoreszierende oder farbige Mikroorganismen. Auch CRISPR/Cas erweckte rasch das Interesse. Die Aussicht ist verlockend, sich einfach selbst zu verändern, d.h. zu verbessern. Der Amerikaner Josiah Zayner, der mit der eigens dafür gegründeten Firma «The Odin» CRISPR/Cas-Kits verkauft, hat sich an einer Biohacker-Konferenz selbst mit seinem Kit injiziert. Sein deklariertes Ziel: stärkeres Muskelwachstum. Nur ein Marketing-Gag oder Vorbote einer neuen Welt? Diese Vorführung zeigt jedenfalls, wohin sich die Do-it-yourself-Gruppierung bewegen will.

Ethische Fragen
Wie sieht die Zukunft von CRISPR/Cas aus? Zwei Szenarien können dabei ins Auge gefasst werden. (1) Lassen sich Off-Target-Effekte nicht voraussagen, sind Experimente am lebenden Organismus immer mit dem erheblichen Risiko verbunden, dass sie schwere Krankheiten auslösen. Selbstversuche oder sonstige Experimente ausserhalb des regulierten Rahmens akkreditierter Labors würden Hochrisikosportarten gleichen. (2) Auch wenn das Problem der Off-Target-Effekte technisch gelöst werden kann, würden nicht offiziell zugelassene Veränderungen – und mögen sie noch so attraktiv erscheinen – eine Gefahr für die Gesundheit darstellen. Ein mehrzelliger Organismus wie der Mensch ist überaus komplex. Verschiedene wissenschaftliche und politische Komitees versuchen, ethische Standards zum Gebrauch von CRISPR/Cas zu formulieren und verbindliche Zusagen der Forschungsgemeinschaft zur Einhaltung der ethischen Standards zu erhalten. Auch wenn es noch einige Zeit dauern wird, bis die Technologie in Do-it-yourself-Labors erfolgreich zum Einsatz kommt, wäre es wünschenswert, dass sich die Do-it-yourself-Bewegung ebenso an die gegebenen Richtlinien hält.

Rechtliche Grundlagen in der Schweiz und im Ausland
Grundsätzlich wird CRISPR/Cas dazu verwendet, das Erbgut zu verändern. Während ein Eingriff in die Keimbahn des Menschen in der Schweiz ausnahmslos verboten ist, sind Veränderungen in somatischen Zellen, also in Zellen, die nicht der Fortpflanzung dienen, möglich. Allerdings unterstehen solche Experimente einer Melde- oder gar Bewilligungspflicht. Im Ausserhumanbereich müssen zudem Organismen, deren Erbgut verändert wurde, als solche (GMO) bezeichnet werden. Meistens handelt es sich dabei um pflanzliche Organismen. Der Grund dafür ist, dass mit bisherigen Methoden nur GMO hergestellt werden konnten, die auch Erbmaterial aus fremden Organismen enthielten. Ein solcher Organismus kann auf natürliche Weise nicht entstehen. Anders bei CRISPR/Cas: Dort können sogar einzelne Bausteine des Erbguts ausgewechselt werden, was in der Natur täglich geschieht. Wie soll CRISPR/Cas also vom Gesetz her behandelt werden? Einen Grundsatzentscheid hat kürzlich der Europäische Gerichtshof gefällt. Auch auf CRISPR/Cas basierte Veränderungen unterliegen dem bestehenden Gesetz. Ob dies sinnvoll ist, muss weiter diskutiert werden, damit die Technologie zum Wohle aller genutzt werden kann.

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