CRISPR Cas9: Das Universalwerkzeug der Gentechnik

Wenn du dich nicht für Bio- und Medizintechnik interessierst, hast du von CRISPR wahrscheinlich noch nie gehört. Unter eingefleischten Technikbegeisterten ist der Name dagegen längst geläufig: Er steht für ein Werkzeug, das die bisherigen Möglichkeiten für immer grundlegend verändern könnte.
Warum die Technik plötzlich so viel Aufmerksamkeit bekommt, dürfte allerdings selbst vielen unklar sein, die wissenschaftliche Entwicklungen verfolgen. Schließlich experimentieren Forschende schon seit den 1980er-Jahren mit dem Erbgut. Nach diesem Artikel hast du hoffentlich einen Überblick über die Hintergründe.

Hinterlasse unten auf der Seite einen Kommentar und lass uns wissen, was du von diesem medizinischen Durchbruch hältst.

Was ist CRISPR?

CRISPR bezeichnet ungewöhnliche DNA-Sequenzen, die Krankheitserreger erkennen und bekämpfen, wenn diese Körperzellen angreifen.

Der Name – ausgesprochen „Crisper“ – steht für „Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats“, also gruppierte kurze palindromische Wiederholungen mit regelmäßigen Abständen.

Klingt merkwürdig, oder?

Das kannst du durchaus so sehen. Bei genauerem Hinsehen wirst du allerdings feststellen, dass die Bezeichnung lediglich den grundsätzlichen Aufbau dieser DNA-Sequenzen knapp beschreibt.
Sie liegen üblicherweise in Gruppen vor und treten in regelmäßigen Abständen auf. Schreibt man sie als Buchstabenfolge auf, zeigen sich Palindrome, die sich nahezu identisch wiederholen.

Erstmals entdeckt wurde CRISPR bereits in den 1980er-Jahren: Eine Forschungsgruppe um Francisco Mojica stieß bei einer Untersuchung von Bakterien und Archaeen zufällig darauf.

Die ungewöhnlichen DNA-Sequenzen weckten das Interesse der Forschenden. Weitere Untersuchungen sollten klären, ob ihr Aufbau einem bestimmten Zweck diente.
Nach einer Reihe erfolgloser Versuche war kaum noch mit einem Ergebnis zu rechnen. Doch 2007 gelang Forschenden um Philippe Horvath schließlich der eindeutige Nachweis, dass die Sequenzen der Virenabwehr dienten.

Ist CRISPR also nur ein DNA-Strang?

Damit lägst du nicht falsch, aber auch nicht ganz richtig. Entscheidend ist diese Unterscheidung ohnehin nicht.
Wichtig ist für dich vor allem: CRISPR hat es ermöglicht, Gene zu bearbeiten, neu zusammenzufügen und mit ihnen zu experimentieren. Darin liegt seine Bedeutung.

Wenn du verstehst, welche Rolle CRISPR im Erbgut spielt und wie es den Körper vor Krankheitserregern schützt, wird auch klar, wie es diese Eingriffe ermöglicht. Dazu hier ein grober Überblick.

Ein Organismus muss lernen, mit einer neuen Krankheit umzugehen, falls sie erneut auftritt.
Die CRISPR-Sequenzen untersuchen das Virus und übernehmen sogar einige Stränge seiner DNA, um sich damit vertraut zu machen.

Wird die Krankheit ein zweites Mal erkannt, greift der Körper sie mit einem bereits dafür vorgesehenen Enzym oder einer Gruppe solcher Enzyme an, da die DNA offenbar bekannt ist.
Zur Klarstellung: Viren greifen die DNA direkt an. Deshalb kann die DNA eines Organismus einen bevorstehenden Angriff gar nicht übersehen.
Cas heißt das Protein, das CRISPR freisetzt, um sich bei einem Angriff mit der viralen DNA zu verbinden und sie zu schwächen. Damit sind wir bei CRISPR Cas9.

Was ist CRISPR Cas9?

CRISPR Cas9 ist ein äußerst präzises Verfahren, mit dem Mediziner den Bauplan einer ausgewählten DNA gezielt zum Positiven verändern können.

Gentechniker könnten also denselben „Nachrichtenkanal“ nutzen, über den CRISPR den Körper vor Virusinfektionen schützt, um dasselbe zu erreichen.
Tatsächlich ist noch mehr möglich: Darüber lassen sich nahezu beliebige Anweisungen übermitteln, vom Abschalten eines Gens bis zur Aktivierung ruhender Gene. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Gen viralen Ursprungs ist oder nicht.

CRISPR Cas9 wurde bereits 2012 von Forschenden der University of California entwickelt. Größere Bekanntheit erlangte das Verfahren aber erst vor etwas mehr als einem Jahr, als Wissenschaftler begannen, es an menschlichen Zellen einzusetzen.

Damals gaben sie bekannt, das Verfahren erfolgreich eingesetzt zu haben, um mit Hepatitis C infizierte Zellen im menschlichen Körper zu korrigieren.

Hinzu kamen gescheiterte Versuche , ein berüchtigtes krankheitsauslösendes Gen in einem Embryo zu beseitigen.

Damit wurde erstmals überhaupt angekündigt, gentechnische Eingriffe an menschlichen Embryonen versuchen zu wollen.
Das löste nachvollziehbarerweise Empörung unter Ethikern und Wissenschaftlern aus. Aus ihrer Sicht gab es gegenüber bestehenden gentechnischen Verfahren keinen ausreichenden Grund, eine Technik mit unbekannten Folgen am menschlichen Körper zu erproben.

Damit du das Thema besser einordnen kannst, hier zunächst die Begriffe Genetik und Gentechnik.

Genetik – Die Genetik ist ein Teilgebiet der Biologie, das sich mit Genen, genetischer Variation und Vererbung bei Lebewesen befasst.
Gentechnik – Bei der Gentechnik wird dagegen das Erbmaterial (DNA) eines Organismus künstlich verändert, um ihm Eigenschaften zu verleihen, die er bislang nicht besitzt.

Seit der Entdeckung von CRISPR Cas9 arbeitet die gentechnische Forschung intensiv daran, das Enzym besser zu kontrollieren. Zudem entwickelt sie passende Leit-RNAs oder ergänzende Enzyme namens Cpf1, die das Einfügen und Entfernen ohne Mutationsrisiko ermöglichen können.
Doch auch ohne diese zusätzlichen Werkzeuge war CRISPR Cas9 zumindest theoretisch bereits ein deutlich leistungsfähigeres Verfahren zur Genbearbeitung als seine seit Langem etablierten Vorgänger.

Wie schneidet CRISPR Cas9 gegenüber anderen Verfahren ab?

Die beiden wichtigsten Vorgängerverfahren zur genetischen Veränderung sind Transcription Activator-like Effector Nucleus (TALENs) und Zinkfingernukleasen (ZFN).

Gegenüber beiden punktet das Verfahren vor allem mit einfacher Anwendung und Genauigkeit. Fachleuten zufolge besteht bei CRISPR/Cas9 kaum bis gar kein Risiko, unbeabsichtigt andere Bestandteile eines DNA-Strangs zu verändern.

TALENs und ZFN haben zwar Vorteile: Sie können längere und komplexere DNA-Sequenzen erkennen und weisen eine höhere Spezifität auf. In fast allen anderen Punkten sind sie jedoch unterlegen.

So müssen Forschende TALEN oder ZFN für jede gewünschte DNA-Veränderung eigens entwerfen. Häufig müssen sie zudem mehrere Varianten herstellen und alle ausprobieren, um herauszufinden, welche am besten oder überhaupt funktioniert.

Mit CRISPR Cas9 lässt sich eine Leit-RNA-Sequenz deutlich einfacher entwickeln; zudem ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass sie funktioniert.

Außerdem lässt sich das Verfahren bei jedem Organismus einsetzen – schon das allein ist ein beachtlicher Durchbruch.

Wissenschaftliche Experimente beschränken sich seit jeher auf eine bestimmte Auswahl an Versuchstieren. Deren biologische Systeme haben Forschende über Jahre untersucht, kennen sie inzwischen gut und können sie vergleichsweise einfach und erfolgreich verändern.

Dazu gehören Fruchtfliegen, Ratten, Zebrafische, Mäuse und der Fadenwurm C. elegans.

CRISPR Cas9 hat es theoretisch ermöglicht, jedes Lebewesen genetisch zu verändern, das in ein Labor passt.
Menschen bilden da keine Ausnahme. Wie bereits erwähnt, stehen jedoch Bedenken wegen der möglichen Langzeitfolgen dieser Methode zur Genbearbeitung im Weg.

Seit 2013 versuchen Forschende, mögliche Nebenwirkungen zu ermitteln und auszuschließen sowie die Technik akzeptabler und praktikabler zu machen. Bis es genetisch veränderte Menschen gibt, wird es aber sicher länger als ein paar Jahre dauern.

Wahrscheinlicher ist, dass wir zunächst mehr genetisch veränderte Tiere sehen werden, die nicht eigens für Laborversuche gezüchtet wurden.

Zusammen mit anderen biologischen Werkzeugen könnte CRIPSR/Cas9 bald zu einem wichtigen Bestandteil von Ökologie und Naturschutz werden. Denkbar wäre etwa, Gene einzubringen, die Malaria übertragende Mücken nach und nach ausrotten können.
Einen ähnlichen Ansatz verfolgt das britische Biotechnologieunternehmen Oxitec: Kürzlich erlaubte ihm die FDA, in Florida genetisch veränderte Mücken zur Bekämpfung des Zika-Virus freizusetzen.

Die Behörde hatte nach dem Vorschlag des Unternehmens selbst eine Untersuchung durchgeführt. Dabei kam sie zu dem Ergebnis, dass mögliche toxische Auswirkungen von Stichen der gentechnisch veränderten Mücken auf Menschen höchstwahrscheinlich vernachlässigbar wären.

Ziel des Ansatzes ist es, die weiblichen Mücken der Art Aedes aegypti, auch Gelbfiebermücke genannt, als Überträger des Zika-Virus zu beseitigen. Sie sollen sich mit gentechnisch veränderten Männchen paaren, deren Gene so bearbeitet wurden, dass die Nachkommen außerhalb des Labors nicht überleben würden.

Das Unternehmen schätzte grob, auf diese Weise bis zum Ende der ersten sechs Monate 90 Prozent der Zika-Überträger beseitigt zu haben.

Sollte das Vorhaben gelingen, könnten als Nächstes Malariamücken dasselbe Schicksal erleiden. Sie sind weltweit jedes Jahr für 600 Millionen Infektionen und eine Million Todesfälle verantwortlich.

Und wer weiß?

Vorzeitiger Haarausfall, Sichelzellanämie und Albinismus könnten als Nächstes folgen!

CRISPR Cas9 beim Menschen: Lässt sich menschliche DNA schon bearbeiten?

Im Juni gab ein US-Bundesgremium für Biosicherheit und Ethik Forschenden der University of Pennsylvania grünes Licht, mit CRIPSR genetisch veränderte Zellen zur Bekämpfung von drei Krebsarten herzustellen.

Allerdings könnte die Technik erst 2017 bei einem Patienten zum Einsatz kommen, da die Labortests noch laufen.

Zudem scheint die bahnbrechende Technik nur bei einigen Krebsarten zu wirken, vor allem bei Blutkrebs wie Leukämie.

Blutkrebserkrankungen mögen zu den tödlichsten Krebsarten zählen, sind aber möglicherweise nicht so verbreitet wie Brust-, Prostata- und Lungenkrebs.

In China läuft derzeit ein Experiment http://www.nature.com/cr/journal/v25/n2/full/cr2014158a.html, das bei erfolgreichem Verlauf die erste genetische Veränderung am Menschen ermöglichen könnte.

Ab August sollen freiwillig teilnehmenden Lungenkrebspatienten mit CRISPR veränderte Zellen injiziert werden, die Krebszellen abtöten sollen.

Können wir also die DNA jedes Menschen verändern?

Wie du vielleicht schon bemerkt hast, sind wir offenbar noch nicht so weit. Unsere Hoffnungen beruhen bislang lediglich auf diesen vielversprechenden Experimenten und den Genehmigungen der zuständigen Ethikgremien.

Am nächsten kamen wir diesem Ziel bisher mit der erfolgreichen genetischen Veränderung bei zwei Affen , deren fehlerhafte Gene korrigiert wurden.
Es gibt zwar mehrere ähnlich erfolgreiche Tierversuche. Dieser Fall ist jedoch besonders, weil der Eingriff bei einem Affen und damit einem Primaten gelang – was üblicherweise als bedeutender Fortschritt gilt.

Wie geht es mit CRISPR Cas9 weiter?

CRISPR gilt als nahezu bestätigte Behandlungsmöglichkeit für bestimmte genetische Erkrankungen bei Menschen und Tieren.

Es gibt mehrere Gründe , weshalb der Einsatz beim Menschen so lange aufgeschoben wurde. Der wichtigste sind die zahlreichen unbekannten Folgen, die daraus entstehen könnten.
So haben Forschende bislang keinen belastbaren Bericht vorgelegt, der zeigt, wie wahrscheinlich und wie häufig Veränderungen außerhalb der Zielstellen auftreten.

Aller Wahrscheinlichkeit nach können sie solche Veränderungen nicht vorhersagen.

Hinzu kommen ethische Fragen: Denkbar wäre etwa eine genetisch veränderte Generation, die es ablehnt, ohne ihre Zustimmung bereits im Embryonalstadium verändert worden zu sein.
Die bislang vielleicht größte Sorge ist, dass Menschen CRISPR Cas9 nutzen könnten, um überlegene Menschen zu schaffen – meist als Designerbabys bezeichnet.

Warum dies Angst auslöst, ist zwar überwiegend subjektiv. Einige Bedenken haben jedoch gezeigt, dass eine Welt mit Designerbabys keine gute Aussicht ist.

Zum einen könnte eine massive soziale Kluft entstehen: Designerbabys wären höchstwahrscheinlich attraktiver, intelligenter, widerstandsfähiger gegen Krankheiten und vieles mehr, während unveränderte Babys als minderwertig gelten würden.
Das CRISPR-Patent

Das Broad Institute, der derzeitige Inhaber des CRISPR-Patents, sah sich im Januar 2016 mit einem Einspruch im Patentkollisionsverfahren von Emmanuelle Charpentier, der Universität Wien und der University of California konfrontiert. Sie beanspruchen, die Technik zuerst entwickelt zu haben – und nicht das Broad Institute, das MIT und Harvard.

In einer Stellungnahme bekräftigte das Broad Institute , der rechtmäßige Patentinhaber zu sein. Es gehe davon aus, dass das United States Patent and Trademark Office (USPTO) den Einspruch letztlich zurückweisen und seine ursprüngliche Entscheidung bestätigen werde.

Eine neue Wendung brachte jedoch eine E-Mail des früheren Broad-Institute-Mitarbeiters Shuailiang Lin. Darin erklärt er, das Broad Institute habe die Technik nicht erfunden und falsche Belege verwendet, um das USPTO irrezuführen und so das Patent zu erhalten.

Der chinesische Nachwuchswissenschaftler hatte die E-Mail bereits 2015 an einen Professor der University of California, Berkeley geschickt, um im Gegenzug eine Stelle zu erhalten.

Vielen erschienen die Angaben in der E-Mail recht verlässlich – nicht nur, weil Lin früher am Broad Institute gearbeitet hat, sondern auch, weil er in dessen erster Patentanmeldung vom Dezember 2012 als einer der Erfinder aufgeführt ist.

Auch wenn dieser Streit zweifellos bemerkenswert ist, geht es dabei ausschließlich um wirtschaftliche Interessen. Für alle außerhalb der klagenden Unternehmen und Firmen wie Editas, die bereits eine Lizenz für die Technologie erhalten haben, hat er nahezu keine Auswirkungen.

Fazit

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