Genschere CRISPR-Cas9: Ein riesiges Potenzial z.B. gegen Aids und viele Erbkrankheiten – Ethikrat diskutiert die Grenzen

Berlin – Die neue CRISPR-Cas9-Technik, mit der im Labor schnell, kostengünstig und einfach Gene manipuliert werden können, braucht eine breite gesellschaftliche Debatte, forderte der Deutsche Ethikrat auf seiner Jahrestagung „Zugriff auf das menschliche Erbgut. Neue Möglichkeiten und ihre ethische Beurteilung“ [1]. Sollen genchirurgische Eingriffe in die Keimbahn beim menschlichen Embryo verboten oder erlaubt sein? Oder sind sie möglicherweise sogar geboten? Über die therapeutischen Möglichkeiten, Risiken und Chancen diskutierten Mediziner, Forscher, Juristen und Ethiker.

Einig war man sich darin, dass nach dem jetzigen Stand eine Keimbahn-Intervention am Menschen verboten bleiben sollte, weil sie noch nicht sicher genug ist. Die Möglichkeiten der somatischen Gentherapie an Körperzellen von Menschen mit CRISPR-Cas9 wurden vom Ethikrat jedoch prinzipiell befürwortet.

Erst in der vergangenen Woche gaben die US-amerikanischen National Institutes of Health (NIH) erstmals grünes Licht für einen solchen klinischen Versuch mit krebskranken Patienten, der die Sicherheit des Verfahrens mit CRISPR-Cas9 testet, wie Nature berichtet. Den Patienten werden T-Zellen entnommen und diese dann verändert wieder in den Organismus eingebracht.

„Wir werden demnächst in einer neuen CRISPR-Welt leben. Es ist ein Verfahren, das uns alle betrifft, und das wir nicht mehr aus der Welt schaffen können. Deshalb ist es ganz wichtig, dass die Gesellschaft es versteht“, betonte der Molekularbiologe Prof. Dr. Jörg Vogel vom Institut für molekulare Infektionsbiologie der Universität Würzburg in seinem Einführungsvortrag.

Seit die französische Mikrobiologin und heutige Direktorin am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie Prof. Dr. Emmanuelle Charpentier und ihre Kollegen 2012 mit einer Publikation in Science die Forschung zur Entwicklung einer programmierbaren Genschere vorangetrieben haben, experimentieren Wissenschaftler weltweit mit dem molekularen Mechanismus an Pflanzen und Tieren sowie – unlängst durch ein chinesisches Team getan – auch an embryonalen Stammzellen.

Der Umfang an Publikationen, Patenten und Finanzmittel ist in nur wenigen Jahren steil gestiegen. Das „genome editing“, das heißt das Redigieren und Korrigieren des Erbgutes, beherrscht die Wissenschaft und nährt die Hoffnung, Krankheiten heilen zu können.

Was ist naturwissenschaftlich möglich?

CRISPR-Cas9 ist eine Art molekulare Genschere, die gezielt Sequenzen in der DNA finden und herausschneiden kann. Das Werkzeug kann jeden Organismus manipulieren, Fremdsequenzen in die DNA einbauen und einzelne Basen korrigieren. Ein Enzym steuert dabei eine vorgegebene Stelle im Erbgut an und zerschneidet den DNA-Strang. CRISPR ist die Abkürzung für „clustered regularly interspaced short palindromic repeats“: Dies sind einzelne Abschnitte in der Bakterien-DNA. Cas9 steht für CRISPR-associated Protein 9 und ist ein assoziiertes Enzym, das die betreffenden Doppelstränge der DNA-Abschnitte zerschneidet.

Dabei macht sich die molekulare Genschere das Erkenn- und Abwehrsystem von Bakterien gegen fremde Viren-DNA zunutze. Dieses System entwickelt durch den Einbau der Fremdsequenz des Virus in das bakterielle Erbgut eine Immunität gegen die Viren. Bei CRISPR-Cas9 wird mithilfe einer programmierbaren Leit-RNA, an die das Molekül bindet, das gewünschte Ziel im Genom gefunden und herausgeschnitten.

„Man konnte zwar schon früher DNA bearbeiten, aber nicht derart mühelos, preiswert, präzise und schnell“, so Vogel. CRISPR docke mit seinen Möglichkeiten an eine bestehende gentechnische Infrastruktur an. Die Herstellung dauere nur wenige Tage und sei wesentlich günstiger als andere Methoden, mit denen man früher etwa Zinkfinger-Nukleasen hergestellt habe.

Pilz, der nicht braun wird – Anopheles, die Malaria nicht mehr überträgt

Eingesetzt wird die Technik zum Beispiel schon in der Pflanzentechnologie, um etwa resistente Reis- und Weizensorten herzustellen. Insgesamt ein interessantes Feld für die Industrie, zumal diese Organismen im Moment nicht den Regulierungen von Behörden unterlägen, sagte Vogel.

Ein mit CRISPR-Cas9 hergestellter Speisepilz, der langsamer braun wird und länger im Supermarkt lagern kann, kam im Frühjahr in den USA auf den Markt – ganz ohne Regulierung, weil sich die Behörden dafür nicht zuständig sahen. Der Nachweis, dass es sich um einen manipulierten Organismus handelt, sei kaum möglich, erläuterte Vogel: „Mit CRISPR-Cas9 können Organismen hergestellt werden, die nicht mehr unterscheidbar sind von natürlichen Mutanten.“

Über die Methode des „Gene Drives“ kann zudem die Vererbungslehre ausgeschaltet werden, so dass ein entsprechendes Merkmal gleichmäßig an alle Nachkommen weitergegeben werden kann. In kurzen Zeiträumen kann so die gesamte Population mit dem neuen Merkmal durchdrungen werden. Anopheles-Mücken könnten etwa so manipuliert werden, dass sie die Malaria-Erreger nicht mehr übertragen können. Malaria, das Dengue-Fieber, aber auch die Ausbreitung invasiver Arten wie die Aga-Kröte oder Ratte könnten verhindert werden. Bisher seien solche Eingriffe nur im Labor erfolgt, so Vogel. Feldversuche stehen an, die aber stark reguliert sein müssten, da die Auswirkungen auf die Ökosysteme nicht abschätzbar seien.

Medizinische Anwendungen: HIV, Antibiotikaresistenz

Vogel umriss die rasante Entwicklung seit der Entdeckung: 2014 korrigierten Forscher bei adulten Mäusen mit Tyrosinämie die damit verbundene erbliche Stoffwechsel-Mutation. Im selben Jahr griffen sie in die Keimbahn von Mäusen mit Muskeldystrophie von Typ Duchenne ein, die so eine bessere Muskelfunktion erhielten. 2016 gelang eine Korrektur auch an bereits geborenen Mäusen.

Die Hoffnung bestehe, dass durch CRISPR-Cas9 auch virale Krankheiten bekämpft werden können, erläuterte Vogel und stellte einige Beispiele aus der Grundlagenforschung vor. Bei HIV etwa und seiner natürlichen Mutation im CCR5-Gen wurde in menschlichen Blutstammzellen der entsprechende Rezeptor verändert, so dass es zu einer HIV-Resistenz kam. In einem weiteren Experiment wurde zunächst HIV im Genom aktiviert, damit die T-Zellen als Abwehrsystem den Virus bekämpfen. Gleichzeitig hat man mit CRISPR-Cas9 die gesamte HIV-DNA aus dem Genom von Humanzellen herausgeschnitten, damit das Gen nicht mehr aktiviert werden konnte.

Ein weiteres Forschungsfeld stellt die Antibiotikaresistenz dar. Hier wurde in ersten Arbeiten im Labor CRISPR-Cas9 angewendet, um Bakterien für Antibiotika zu sensibilisieren: Dazu hat man die Gen-Kassetten, die die Antibiotikaresistenz enthalten, durch von Viren vermittelte Fähren mit dem Cas9-Enzym ausgeschaltet. Damit konnte die Bakterienpopulation so reduziert werden, dass sie auch durch das Immunsystem des Menschen wieder kontrolliert werden können.

Off-Target-Risiken: Schnitte an falschen Orten

Aufsehen erregten die Versuche 2015 und 2016 an menschlichen embryonalen Zellen durch chinesische Wissenschaftler. Diese Experimente seien jedoch in China legal, da hier die Forschung an menschlichen embryonalen Zellen zulässig ist, sofern sie sich nicht zum Fötus entwickeln können, betonte Vogel.

Puping Liang und seine Kollegen von der Universität von Guangzhou schnitten mit CRISPR-Cas9 ein defektes Betaglobin-Gen heraus. Dieses Gen verursacht bei entsprechender Mutation die erbliche Blutkrankheit Thalassämie. In der zweiten Studie von 2016 haben Forscher um Xiangjin Kang versucht, Embryonen ein Resistenz-Gen gegen HIV einzupflanzen. Vom CCR5-Gen ist bekannt, dass es seine Träger immun gegen AIDS machen kann, weil es verhindert, dass das HI-Virus in die Wirtszelle eindringen kann.

„Die Versuche haben wichtige Erkenntnisse geliefert, dass das Verfahren bei weitem nicht so effizient ist, wie man es sich vorgestellt hatte“, erläuterte Vogel. So zeigten sich auch unerwünschte Off-Target-Effekte: Das heißt, die Genschere schnitt auch dort, wo sie es eigentlich nicht sollte, und so konnten auch unerwünschte Veränderungen im Erbgut stattfinden. Momentan werde schon an neuen Proteinen geforscht, die zuverlässiger von den Wissenschaftlern „geschickt“ werden können als Cas9 – wie zum Beispiel das Enzym Cpf1.

Außerdem sei die Frage noch offen, ob das Gen-Editing auch wieder rückgängig gemacht werden könne, ergänzte Vogel.

Keine Eingriffe in die menschliche Keimbahn

Prof. Dr. Karl Welte, Seniorprofessor für Hämatologie in der Abteilung Pädiatrische Hämatologie und Onkologie der Eberhard Karls Universität Tübingen, wies in seinem Vortrag zu den medizinischen Handlungsoptionen auf die Komplexität von genetischen Erkrankungen hin. Er betonte, dass Eingriffe in die menschliche Keimbahn nach dem derzeitigen Stand der Forschung nicht durchgeführt werden sollten, um dauerhaft Mutationen zu korrigieren. „Wir sind noch weit entfernt, das Konzert der Gene zu verstehen“, betonte er.

Die Diskussion um den möglichen Einsatz der Genschere sei eher auf monogenetische Krankheiten zu konzentrieren, wie die Zystische Fibrose, die Tyrosinämie, Muskeldystrophie Duchenne, Hämophilie, Sichelzellenanämie, Chorea Huntington und die Achondroplasie, so Welte. Bei polygenen Erkrankungen wie Alzheimer und Schizophrenie ist das Geschehen zu komplex. Zu viele Gene seien beteiligt, als dass man Defekte mit einem einfachen Schnitt beheben könne.

Neben den Off-Target-Effekten gebe es auch unbeabsichtigte On-Target-Effekte. Die Sichelzellenanämie etwa hat den positiven Nebeneffekt, dass ihre Träger gegen Malaria resistent sind. Dies würde jedoch durch das Gen-Editing gelöscht werden – in Europa wohl kein Problem, aber in Afrika hätte dies gravierende Folgen.

Welte hob die medizinischen Alternativen wie Stammzellentransplantation und Präimplantationsdiagnostik (PID) hervor. PID sei die Methode der Wahl, einen gesunden Embryo auszuwählen anstatt das Erbgut mit Genchirurgie zu bearbeiten. Bei manchen Erbkrankheiten seien 50% der Nachkommen gesund, bei ihnen prägt sich die Krankheit nicht aus. Wie sich eine genetische Modifikation eines Embryos auswirkt, wird erst nach der Geburt sichtbar, so der Kinderarzt.

Man müsse sich auch bewusst machen, dass Eingriffe in das Genom auch fundamentale Konsequenzen für die Nachkommen haben, so Welte. Die CRISPR-Cas9-Technologie könnte dagegen erfolgreich zur Korrektur von Gendefekten in somatischen Zellen weiter erforscht und genutzt werden, befürwortete er hier den Einsatz.

Rechtliche Grundlagen in Deutschland

Nach dem Embryonenschutzgesetz von 1990 ist es in Deutschland verboten, die Erbinformation einer menschlichen Keimbahnzelle künstlich zu verändern. Versuche, wie sie die Chinesen gemacht haben, wären also bei uns nicht legal, erläuterte der Rechtswissenschaftler Prof. Dr. Jochen Taupitz von der Universität Mannheim. Er fand dennoch erhebliche rechtliche Lücken, weil die Gesetzgeber nicht voraussehen konnten, was in der Zukunft alles machbar sein werde.

Keimbahninterventionen mit Auswirkungen auf geborene Menschen hielt Taupitz derzeit nicht verantwortbar. Wenn das Verfahren jedoch in Zukunft sicherer sei, stelle sich die Frage, ob derartige Interventionen nicht doch vertretbar seien. Die somatische Gentherapie am Geborenen sei rechtlich zulässig.

Taupitz sah auch die Herausforderung, Ziele des Eingriffs zu bestimmen und zu begrenzen. Wie unterscheiden sich schwere von leichten Erbkrankheiten? Wie ist die Grenze zu ziehen zu nicht gesundheitlichen Merkmalen, die zum reinen „Enhancement“ gehören, also zur Verbesserung und Optimierung?

Argumente von Befürwortern und Gegnern von Keimbahninterventionen wurden von dem Juristen gegenübergestellt: Befürworter sehen etwa das Recht auf körperliche Unversehrtheit, ein Leben ohne Behinderung zu ermöglichen und einen genetischen Defekt zu verhindern. Die Chance dürfe nicht untersagt werden, künftiges Leid zu verhindern. Gegner der Keimbahnveränderung verweisen auf die Verletzung der Menschenwürde, weil die genetische Ausstattung absichtlich erfolgt ist und damit ein Verstoß gegen das Selbstbestimmungsrecht der Nachgeborenen vorliege.

Ethische Diskussion: Therapie versus Genoptimierung

Die Philosophin und Humangenetikerin Prof. Dr. Dr. Sigrid Graumann vom Institut für Sozialwissenschaften der Universität Oldenburg sah derzeit kein sinnvolles Anwendungsfeld für CRISPR-Cas9 und deshalb auch keinen medizinischen Bedarf. Viele entworfene Szenarien seien noch Science Fiction. Um schwere Erbkrankheiten zu vermeiden, sei die PID immer noch die bessere Alternative, plädierte sie. Im Grunde schalte man auch bei der Forschung mit CRISPR stets eine PID vor: Wenn es um ein therapeutisches Anliegen gehe, könne man dann ja gleich den gesunden Embryo auswählen, anstatt das Gen eines anderen Embryos zu verändern.

Dem sogenannten „Enhancement“, der Optimierung des Erbgutes durch das Einbringen neuer Eigenschaften, erteilte Graumann eine Absage. Hier gehe es darum, Kinder zu erzeugen, die besonders sportlich, musisch begabt oder immun gegen bestimmte Krankheiten seien. „Wollen wir dafür eine so risikoreiche Technik einsetzen, die nachweislich unerwünschte Nebeneffekte mit sich bringt?“ fragte sie. Sie plädierte dafür, sich auf andere Anwendungsgebiete bei CRISPR-Cas9 zu konzentrieren – auf die Tier und Pflanzenzüchtung sowie die somatische Gentherapie.

Verstoß gegen die Menschenwürde?

„Außer Zweifel steht, dass bis zu einer hinreichenden Sicherheit des `genome editing´ – von der die Forschung noch weit entfernt ist – eine Anwendung zu Reproduktionszwecken verwerflich wäre und verboten bleiben muss“, betonte der Rechtsphilosoph Prof. Dr. Reinhard Merkel. Er sah jedoch prinzipielle Einwände, etwa den Verstoß gegen die Menschenwürde der Nachgeborenen, als keinen triftigen Grund an. „Es ist nicht einzusehen, wie ausgerechnet die Menschenwürde gebieten sollte, einen Embryo schwer geschädigt zur Welt kommen zu lassen, nämlich mit seinem kranken `natürlichen´ Genom statt mit einem medizinisch korrigierten, das gesund ist“, sagte er.

Auch das Argument, dass CRISPR bei Erbkrankheiten überflüssig sei, weil es die PID gebe, ließ Merkel nicht gelten. Die PID könne nur in engen Grenzen bei hohem Risiko einer schwerwiegenden Erbkrankheit oder hoher Wahrscheinlichkeit einer Tot- oder Fehlgeburt eingesetzt werden. „Warum bei etwas weniger gewichtigen genetischen Erkrankungen keine Abhilfe erlaubt sein sollte, wenn diese durch `genome editing´ risikolos möglich wäre, ist nicht zu sehen“, sagte er. Vielmehr sei eine mögliche Anwendung an Embryonen in der Reproduktionsmedizin mit hochrangigen therapeutischen Zielen geradezu geboten und aus seiner Sicht ein Moratorium moralisch verfehlt.

Wissenschaftsinstitutionen fordern freiwilliges Moratorium

Für einen solchen Aufschub hatten sich jedoch 2015 die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina, die acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften in einer gemeinsamen Stellungnahme ausgesprochen – für sämtliche Formen der künstlichen Keimbahnintervention beim Menschen, um offene Fragen zu diskutieren.

Auf dem internationalen Gipfel zum „Human Gene Editing“ haben führende Forscher des Organisationskomitees einen Aufschub in Bezug auf Keimbahninterventionen aufgrund der Risiken gefordert, dem auch die „Mit-Erfinderin“ von CRISPR-Cas9, Prof. Dr. Jennifer A. Doudna von der University of California in Berkeley, sowie der emeritierte deutsche Biochemiker und ehemalige Präsident der Deutschen Forschungsgemeinschaft Prof. Dr. Ernst-Ludwig Winnacker angehören.

Weitere Vorträge und Diskussionen in Berlin beschäftigten sich mit der Frage, was die Verantwortung gegenüber künftigen Generationen gebietet. Auch der evangelische Theologe Wolfgang Huber unterschied zwischen Therapie und genetischer Verbesserung: Zur Unverfügbarkeit der menschlichen Identität gehöre es, den Menschen nicht gemäß einem von anderen entworfenen Bauplan zu konstruieren und zu produzieren. Das Thema müsse differenziert diskutiert werden. „Weder den Heils- noch den Unheilspropheten darf das Feld überlassen werden“, betonte Huber.

 

REFERENZEN:

1. Jahrestagung des Deutschen Ethikrates, 22. Juni 2016, Berlin

 

© 2016  WebMD, LLC

Diesen Artikel so zitieren: Genschere CRISPR-Cas9: Ein riesiges Potenzial z.B. gegen Aids und viele Erbkrankheiten – Ethikrat diskutiert die Grenzen - Medscape - 6. Jul 2016.