Seit ihrer Gründung vor vier Jahrzehnten ist die Gentechnik eine Quelle großer Hoffnung im Gesundheitswesen, in der Landwirtschaft und in der Industrie. Aber es gab auch tiefe Besorgnis, nicht zuletzt wegen der Mühsamkeit des Genombearbeitungsprozesses. Jetzt bietet eine neue Technik, CRISPR-Cas, sowohl Präzision als auch die Möglichkeit, Genomtext an mehreren Stellen gleichzeitig zu ändern. Dies beseitigte jedoch nicht den Grund zur Besorgnis.
Das Genom kann als eine Art Partitur angesehen werden. So wie Noten Musikern in einem Orchester sagen, wann und wie sie spielen sollen, sagt das Genom den Bestandteilen der Zelle (normalerweise Proteinen), was sie tun sollen. Die Partitur kann auch die Notizen des Komponisten enthalten, die auf mögliche Änderungen und Überschüsse hinweisen, die je nach Fall hinzugefügt oder ausgeschlossen werden können. Für das Genom entstehen solche "Noten" aus dem Leben von Zellen über viele Generationen in einer sich ständig verändernden Umgebung.
Das genetische Programm der DNA ähnelt einem fragilen Buch: Die Reihenfolge seiner Seiten kann sich ändern, und einige bewegen sich sogar in das Programm anderer Zellen. Wenn eine Seite beispielsweise laminiert ist, ist sie beim Umblättern weniger anfällig für Beschädigungen. Ebenso können Elemente des genetischen Programms, die durch eine starke Beschichtung geschützt sind, besser in verschiedene Zellen eindringen und sich dann vermehren, wenn sich die Zelle teilt.
Anschließend wird dieses Element zu einem sich schnell ausbreitenden Virus. Der nächste Schritt ist eine Zelle, die das Virus - nutzlos oder schädlich - reproduziert, um einen Weg zu finden, dem entgegenzuwirken. Auf diese Weise wurde erstmals der CRISPR-Cas-Prozess entwickelt, um Bakterien vor eindringenden Viren zu schützen.
Durch diesen Prozess können erworbene Eigenschaften vererbbar werden. Während der ersten Infektion wird ein kleines Fragment des viralen Genoms - eine Art Signatur - auf die genomische Insel CRISPR kopiert (ein zusätzliches Fragment des Genoms außerhalb des Textes des Elterngenoms). Infolgedessen bleibt das Gedächtnis der Infektion über Generationen bestehen. Wenn ein Nachkomme einer Zelle mit einem Virus infiziert ist, wird die Sequenz mit dem viralen Genom verglichen. Wenn ein ähnliches Virus den Elternteil der Zelle infiziert, erkennt der Nachkomme es und spezielle Mechanismen zerstören es.
Für Wissenschaftler dauerte dieser komplexe Entschlüsselungsprozess viele Jahrzehnte, nicht zuletzt, weil er den Standardtheorien der Evolution widersprach. Bis heute haben Wissenschaftler herausgefunden, wie der Prozess repliziert werden kann, damit Menschen bestimmte Genome mit äußerster Präzision bearbeiten können - praktisch der heilige Gral der Gentechnik in fast 50 Jahren.
Dies bedeutet, dass Wissenschaftler den CRISPR-Cas-Mechanismus verwenden können, um Probleme im Genom zu beheben - das entspricht Tippfehlern in geschriebenem Text. Zum Beispiel möchten wir im Fall von Krebs jene Gene zerstören, die die Vermehrung von Tumorzellen ermöglichen. Wir sind auch daran interessiert, Gene in Zellen einzuführen, die sie nie durch natürliche genetische Übertragung erhalten haben.
Für diese Zwecke gibt es nichts Neues. Mit CRISPR-Cas sind wir jedoch viel besser gerüstet, um diese Ziele zu erreichen. Frühere Methoden haben Spuren in modifizierten Genomen hinterlassen und beispielsweise zur Antibiotikaresistenz beigetragen. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich eine von CRISPR-Cas erzeugte Mutation nicht von einer spontan auftretenden Mutation. Aus diesem Grund hat die US-amerikanische Food and Drug Administration entschieden, dass solche Inhaltsstoffe nicht als gentechnisch veränderte Organismen gekennzeichnet werden dürfen.
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Wenn mehrere Gene modifiziert werden mussten, waren die vorherigen Methoden besonders schwierig, da der Prozess nacheinander durchgeführt werden musste. Dank CRISPR-Cas konnten durch die gleichzeitige Durchführung von Genommodifikationen Pilze und Äpfel erzeugt werden, die bei Kontakt mit Luft nicht oxidieren oder braun werden - ein Ergebnis, das die gleichzeitige Deaktivierung mehrerer Gene erfordert. Diese Äpfel sind bereits auf dem Markt und gelten nicht als gentechnisch veränderte Organismen.
Weitere Anwendungen befinden sich in der Entwicklung. Das sogenannte Gengenerierungsverfahren zur Manipulation des Genoms kann den durch krankheitsübertragende Insekten verursachten Schaden verringern. Die gezielte Modifikation von Gameten bei Mücken - die für Menschen weltweit tödlichsten - würde sie unfähig machen, ein Virus oder einen Parasiten zu übertragen.
Der Einsatz von CRISPR-Cas muss jedoch mit Vorsicht angegangen werden. Diese Technologie kann sich zwar als Segen im Kampf gegen viele tödliche Krankheiten erweisen, birgt jedoch auch schwerwiegende und möglicherweise völlig unvorhersehbare Risiken. Erstens, da sich Genome durch Reproduktion vermehren und verbreiten, erfordert die Veränderung einer gesamten Population nur die Veränderung einer begrenzten Anzahl von Individuen, insbesondere wenn der Lebenszyklus des Organismus kurz ist.
Darüber hinaus ist es angesichts der Allgegenwart der Hybridisierung zwischen benachbarten Arten möglich, dass sich die Modifikation einer Mückenart auch allmählich und unkontrolliert auf andere Arten ausbreitet. Die Analyse des Tiergenoms zeigt, dass solche Ereignisse in der Vergangenheit stattgefunden haben und Arten von genetischen Elementen erfasst wurden, die das Gleichgewicht des Ökosystems und die Artenentwicklung beeinflussen könnten (obwohl nicht zu sagen ist, wie). Und wenn die Veränderung der Mückenpopulation gefährlich ist, ist nicht bekannt, was passieren könnte, wenn wir menschliche Zellen - insbesondere Keimzellen - ohne sorgfältige Analyse modifizieren.
Die CRISPR-Cas-Technologie ist bereit, die Welt zu verändern. Die größte Herausforderung besteht heute darin, sicherzustellen, dass diese Änderungen funktionieren.
Antoine Danchin
