Nobelpreis für 2 Frauen, die mit der Genschere den „absoluten Glücksfall für die Lebenswissenschaften“ geschaffen haben

Maren Schenk

Interessenkonflikte

8. Oktober 2020

Den Nobelpreis für Chemie 2020 erhalten 2 Wissenschaftlerinnen: die Französin Prof. Dr. Emmanuelle Charpentier, Direktorin der Max-Planck-Forschungsstelle für die Wissenschaft der Pathogene in Berlin, und die US-Amerikanerin Prof. Dr. Jennifer A. Doudna, University of California, Berkley, USA. Sie haben die molekulare Genschere CRISPR-Cas9 entdeckt und als einfache und vielseitige Methode zur Genom-Editierung maßgeblich entwickelt.

Die molekulare Genschere erlaubt es den Forschern, die DNA von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen mit höchster Präzision zu verändern. Diese Technologie habe einen revolutionären Einfluss auf die Lebenswissenschaften, trage zu neuen Krebstherapien bei und könnte den Traum von der Heilung von Erbkrankheiten wahr werden lassen, heißt es in der Begründung des Nobelkomitees [1].

 
Es liegt in diesem genetischen Werkzeug eine enorme Kraft. Es wird zu grundlegend neuen medizinischen Behandlungen führen. Prof. Dr. Claes Gustafsson
 

„Es liegt in diesem genetischen Werkzeug eine enorme Kraft, die uns alle betrifft. Es hat nicht nur die Grundlagenforschung revolutioniert, sondern bietet auch neue Möglichkeiten der Pflanzenzüchtung und wird zu grundlegend neuen medizinischen Behandlungen führen“, sagte Prof. Dr. Claes Gustafsson, Vorsitzender des Nobelkomitees für Chemie.

Der Preis ist mit insgesamt 10 Millionen Kronen (rund 950.000 Euro) dotiert – eine Million Kronen mehr als im Vorjahr.

Charpentier fühle sich „zutiefst geehrt, eine Auszeichnung von derartiger Bedeutung zu erhalten“, sagte sie laut einer Mitteilung der Max-Planck-Gesellschaft. „Die Auszeichnung unterstreicht die Bedeutung der Grundlagenforschung im Bereich der Mikrobiologie.“ Die 1968 in Juvisy-sur-Orge geborene Französin forscht seit 2013 in Deutschland – nach Stationen am Pariser Institut Pasteur, in den USA, in Wien und im schwedischen Umeå.

„Was als ein durch Neugierde getriebenes … Projekt begann, wurde jetzt zu der ‚Durchbruchsstrategie‘, die von unzähligen Wissenschaftlern genutzt wird, um die Gesundheit zu verbessern“, sagte Doudna laut einer Mitteilung der Universität Berkeley. Doudna wurde 1964 in Washington D.C. geboren, wuchs dann in Hawaii auf und studierte später in Kalifornien Biochemie. Nach verschiedenen Stationen in den USA wechselte sie 2003 an die University of California in Berkeley. Sie forscht vor allem an RNA und Ribozymen.

Bisher erhielten erst 5 Frauen den Chemie-Nobelpreis. Die erste Wissenschaftlerin war 1911 Marie Curie, die den Preis für die Entdeckung und Charakterisierung von Radium und Polonium bekam. 2020 ist das erste Mal, dass sich 2 Frauen den Chemie-Nobelpreis teilen.

Viele Frauen zweifelten an ihrer Arbeit, die nie genauso wie die von Männern angesehen sein werde, sagte Doudna. „Aber dieser Nobelpreis widerlegt dies … Frauen können Wissenschaft, Frauen können Chemie, und großartige Wissenschaft wird erkannt und honoriert.“

 
Frauen können Wissenschaft, Frauen können Chemie, und großartige Wissenschaft wird erkannt und honoriert. Prof. Dr. Jennifer A. Doudna
 

Charpentier hofft, „dass der Preis junge Frauen motiviert, eine Karriere in der Wissenschaft anzustreben oder sie weiterzuverfolgen“, sagte sie in einem Interview auf ZEIT online . Heute hätten Frauen in der Wissenschaft tolle Möglichkeiten, erfolgreich zu sein. „Mehr als zu der Zeit, als ich begonnen habe zu forschen.“

Beide Wissenschaftlerinnen erhielten schon zahlreiche Preise, auch gemeinsam, wie beispielsweise 2016 den hochdotierten Paul Ehrlich-Preis (wie Medscape berichtete ).

Wie aus dem Immunsystem von Bakterien ein Werkzeug zur Genom-Editierung wurde

Die Entdeckung der Genschere CRISPR-Cas9 war eigentlich eine unerwartete Entdeckung der beiden Forscherinnen. Das Hauptforschungsgebiet von Charpentier sind pathogene Bakterien: Warum sind sie so aggressiv? Mit welchen neuen Behandlungen kann man sie stoppen?

Die Mikrobiologin forschte in Wien und Umeå an Streptococcus pyogenes, dem Erreger von Tonsillitis, aber auch von Sepsis. Sie untersuchte, wie dessen Gene reguliert werden – und entdeckte ein bisher unbekanntes Molekül, tracrRNA. Sie zeigte, dass dieses Molekül Teil eines Abwehrsystems von Bakterien ist – CRISPR-Cas. Es ist in den 2000er-Jahren als adaptives Immunsystem von Bakterien entdeckt worden, mit dem sie sich gegen Viren zur Wehr setzen – indem es Gene der Viren zerschneidet.

Charpentier veröffentlichte ihre Ergebnisse 2011 in Nature . Im selben Jahr initiierte sie eine Zusammenarbeit mit Doudna – einer Expertin für RNA, die auch an CRISPR-Cas-Systemen forschte. Es gelang den beiden Wissenschaftlerinnen, die genauen biochemischen Vorgänge um das Abwehrsystem CRISPR-Cas9 des Bakteriums Streptococcus pyogenes zu entschlüsseln. Sie publizierten ihre Ergebnisse 2012 in Science .

Wenn Viren (bzw. Phagen) ein Bakterium angreifen, schneiden Enzyme ein Stück der Viren-DNA heraus und bauen es im Bakterienerbgut ein – an sich wiederholenden Stellen, die CRISPR genannt werden (die Abkürzung steht für „Clustered Regulary Interspaced Short Palindromic Repeats“). Teile der transkribierten CRIPSR-RNA verbinden sich mit der tracrRNA und dem Enzym Cas9 – zur „Genschere“. Bei einer Reinfektion mit den Viren erkennt dieser Komplex die virale DNA und schneidet sie sequenz-spezifisch.

Doch damit nicht genug: Charpentier und Doudna haben als Erste gezeigt, dass man diese von Bakterien entwickelte Genschere dazu benutzen kann, eine beliebige DNA-Sequenz anzusteuern und zu zerschneiden. Sie zeigten, dass man die Genschere so verändern kann, dass sie nicht wie ursprünglich im Bakterium Viren-DNA erkennt, sondern DNA an jeder vorher bestimmten Stelle schneiden kann – und damit ein universelles genetisches Werkzeug schaffen kann.

Und sie haben die Genschere im Labor nachgebaut sowie einfacher und „bedienungsfreundlicher“ gemacht, indem sie 2 RNA-Stränge zu einer einzigen Führungs-RNA zusammengeführt haben. Bereits wenige Monate nach der Veröffentlichung dieser Entdeckung zeigten mehrere Wissenschaftler, auch Doudna, dass CRISPR-Cas9 nicht nur in vitro, sondern auch in humanen Zellen funktioniert.

Das bakterielle Abwehrsystem wurde so zu einem Genwerkzeug entwickelt, mit dem man Gene gezielt ausschalten, verändern oder durch andere Gene ersetzen kann – ein präzises Werkzeug für die Grundlagenforschung, Biotechnologie und die Entwicklung von künftigen Therapien.

Das Genwerkzeug habe seither zu vielen wichtigen Entdeckungen in der Grundlagenforschung geführt, schreibt das Nobelkomitee. Pflanzenforscher entwickelten mithilfe der Methode Pflanzen, die Schimmel, Schädlingen oder Dürre standhalten. In der Medizin laufen klinische Studien zu neuen Krebstherapien und erste Untersuchungen zu Erbkrankheiten.

Auffallend ist die kurze Zeit, die seit der entscheidenden Publikation in Science und der Nobelpreisvergabe vergangen ist: „Viele Preise werden erst 20 oder 30 Jahre nach der Entdeckung verliehen. Dieser hier gerade mal nach 8 Jahren“, so Charpentier gegenüber ZEIT online.

Anwendungen in der Medizin

„Die Entdeckung von CRISPR-Cas ist ein absoluter Glücksfall für die Lebenswissenschaften. Sie hat eine Revolution in so unterschiedlichen Bereichen wie Medizin, Biotechnologie oder Landwirtschaft ausgelöst – und dabei stehen wir erst am Anfang“, so Prof. Dr. Toni Cathomen, Direktor des Instituts für Transfusionsmedizin und Gentherapie des Universitätsklinikums Freiburg. „Die Entdeckerinnen erhalten völlig zu Recht den Nobelpreis.“ Der Molekularbiologe leitet präklinische Studien zur Anwendung der Genscheren-Technologie an Patienten mit HIV und Krebs.

 
Die Entdeckung von CRISPR-Cas … hat eine Revolution in so unterschiedlichen Bereichen wie Medizin, Biotechnologie oder Landwirtschaft ausgelöst. Prof. Dr. Toni Cathomen
 

Die Methode wird beispielsweise auch am Universitätsklinikum Regensburg angewendet: Dort werden derzeit Patienten mit Beta-Thalassämie und mit Sichelzellanämie mit dem CRISPR-Cas9-Verfahren behandelt – „ein erfolgversprechender Ansatz“, erläutert auch Prof. Dr. Selim Corbacioglu, Leiter der Abteilung Hämatologie, Onkologie und Stammzelltransplantation. Die Patienten werden mit Blutstammzellen behandelt, die genetisch verändert wurden.

Unzureichende Präzision – Eingriffe in die Keimbahn

Mehrfach wurde die unzureichende Präzision der Methode kritisiert, berichtete Cathomen. Durch Fehlschnitte sei es möglich, Krebs oder andere schwere Krankheiten auszulösen. „CRISPR-Cas ist zunächst für die Forschung von immenser Bedeutung. Ganz wichtig ist, dass wir den Einsatz im Menschen nicht überhastet vorantreiben. Hier müssen wir alle üblichen Sicherheitsvorkehrungen der Medizin beachten“, mahnte er.

Probleme bei der neuen Technik macht noch die sogenannte Off-Target-Aktivität: Die Genschere kann den DNA-Strang nicht nur an den vorgesehenen Stellen, sondern auch an ähnlichen Stellen schneiden. So können unbeabsichtigte Mutationen an anderen Stellen im Genom verursacht werden. Forscher arbeiten an Lösungen, etwa über eine exakte und möglichst geringe Dosierung der Genschere.

„Wir sind allerdings momentan noch nicht in der Lage, die Off-Target-Aktivität komplett auszuschließen“, sagte Charpentier gegenüber Medscape bei der Verleihung des Paul Ehrlich-Preises 2016. Und kurz nach der Bekanntgabe des Nobelpreises sagte Charpentier gegenüber ZEIT online: „Aktuell ist die CRISPR-Technologie weit davon entfernt, dass man sie präzise und sicher anwenden könnte, um die menschliche Keimbahn zu verändern. Und selbst wenn, so sind für so gut wie alle Charakteristika des Menschen viele Gene verantwortlich, nicht eines allein. In vielen Fällen wissen wir nicht, welche beteiligt sind. Der Großteil der Wissenschaftler ist sich einig, dass Crispr für solches human enhancement auch nicht verwendet werden sollte, sondern zunächst einmal für die biomedizinische Forschung. … Ganz ausschließen kann man aber nie, dass Menschen mit der Technik andere Dinge tun. Wir alle werden als Gesellschaft weiter diskutieren müssen, wie wir mit so etwas umgehen wollen.“

Eingriffe in die Keimbahn sind per se umstritten. Nachdem 2018 chinesische Forscher behauptet hatten, mit CRISPR-Cas genom-editierte Babys erzeugt zu haben, brach international ein Sturm der Entrüstung los (wie Medscape berichtete ).

„Ich persönlich werde Genscheren niemals einsetzen, um in die Keimbahn von Menschen einzugreifen. Dafür verstehen wir die Auswirkungen noch lange nicht ausreichend“, sagte Cathomen. Derartige Eingriffe sind in Deutschland verboten, in anderen Ländern wie Großbritannien, USA oder China aber nicht.

Gustafsson wies in den Informationen des Nobelkomitees ebenfalls auf ethische und soziale Aspekte hin: Es sei sehr wichtig, „dass die Technologie sorgfältig reguliert und in verantwortlicher Weise genutzt wird.“ So habe die Weltgesundheitsorganisation WHO kürzlich ein globales, multidisziplinäres Expertengremium berufen, um die wissenschaftlichen, ethischen, sozialen und rechtlichen Herausforderungen zu untersuchen, die mit Genom-Editieren beim Menschen verbunden sind.

 
Aktuell ist die CRISPR-Technologie weit davon entfernt, dass man sie präzise und sicher anwenden könnte, um die menschliche Keimbahn zu verändern. Prof. Dr. Emmanuelle Charpentier
 

Die Leopoldina und andere deutsche Wissenschaftsorganisationen hatten bereits 2015 eine Stellungnahme zu „Chancen und Grenzen des genome editing“ herausgegeben, der Deutsche Ethikrat 2017 eine Ad-hoc-Empfehlung und 2019 eine Stellungnahme zu „Eingriffen in die menschliche Keimbahn“ (wie Medscape berichtete).

 

Kommentar

3090D553-9492-4563-8681-AD288FA52ACE
Wir bitten darum, Diskussionen höflich und sachlich zu halten. Beiträge werden vor der Veröffentlichung nicht überprüft, jedoch werden Kommentare, die unsere Community-Regeln verletzen, gelöscht.

wird bearbeitet....