Von neuen Methoden des Genome Editing heißt es, dass sie "eine neue Ära in der Molekularbiologie" einläuten. Auch außerhalb der Fachwelt der Genetik werden neue Verfahren der Genmodifikation als epochemachend ("transformative") [1] bezeichnet. Es hat den Anschein, dass sich durch ihren Einfluss gängige soziale Praktiken wandeln und typische Denkformen verändern werden. Aufgrund seiner enormen Bedeutung ist ein angemessenes Verständnis des Genome Editing hilfreich - wie funktioniert die Prozedur und wozu dient sie? Zu Beginn dieses Blogs beschreibt dieser Post CRISPR und das Genome Editing für Laien.

CRISPR/Cas9 ist die Speerspitze neuer Entwicklungen des Genome Editing. Es handelt sich um eine chemische Substanz, die für bestimmte Anwendungen im Labor maßgeschneidert wird. Dass die Bestandteile von CRISPR/Cas9 außerordentliches Potential haben, wurde 2011 entdeckt, und 2014 war geradezu eine Flut von Experimenten und wissenschaftlichen Studien zu verzeichnen, die dieses Potential ausloten. Man sprach sogar von einem Nobelpreis für die ursprünglichen Entdecker. Diese Hoffnung ist unerfüllt geblieben - vielleicht aufgrund von einem milliardenschweren Rechtsstreit um Patente -, und so mussten zwei Protagonistinnen mit den 3 Millionen US-Dollar vorlieb nehmen, die beide jeweils mit dem so-genannten "Breakthrough Prize" erhielten. Das CRISPR-Verfahren wurde indessen noch nicht an Menschen angewendet, doch es wurden bereits Schritte unternommen, um das zu ändern. Vergleichbare Genome-Editing-Verfahren kamen allerdings bereits in der Humanmedizin zum Einsatz. Dabei geht es um chemische Substanzen, die ZFNs und TALENs heißen. Die letzte kam erfolgreich im Kampf gegen die Krebserkrankung von zwei Kleinkindern zum Einsatz [2].

CRISPR dagegen ist chemisch deutlich simpler, billiger und effizienter. Im Wesentlichen funktionieren CRISPR und Äquivalente wie Präzisionsscheren, die einen DNA-Strang an präzise definierten Positionen durchschneiden. Zwar konnte man schon zuvor ein neues DNA-Stück in einen bestehenden DNA-Strang eines Organismus' einfügen. Eine solche Einfügung macht nun aber unwesentlich mehr Sinn, da man neuerdings gezielt Schnitte vornehmen kann - und zwar mit einem Präzisionsgrad, der zwischen einzelnen Nukleotiden unterscheidet. Hier geht es bereits um technische Fragen, die genauere Betrachtungen in der Genetik erforderlich machen. Diese Fragen wird ein späterer Blog-Post behandeln, der den 2. Teil dieses Textes bilden wird. Hier werde ich mich zunächst der Frage widmen, wozu man Genome Editing einsetzen kann.

Ein entscheidender Grund, weshalb Genome Editing so große Aufmerksamkeit auf sich zieht, ist, dass Wissenschaftler nun Krankheiten therapieren können, die auf einem irregulären Gen beruhen. Das Gen mit der Fehlfunktion lässt sich nun "redigieren" - im Englischen "to edit". Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass weltweit ein Prozent aller Neugeborenen von einer Erkrankung betroffen sind, die eine eng umschriebene genetische Grundlage hat, etwa Sichelzellenanämie, Haemophilie (Bluter) or zystische Fibrose (Mukoviszidose). Außerdem lassen sich bestimmte Formen des Krebs mit Genome Editing therapieren [2], und die Prozedur steht im Zentrum neuer Versuche, HIV zu bekämpfen. So hat etwa ein chinesisches Labor versucht, menschliche Embryonen HIV-resistent zu machen. Dafür hatte man Embryonen gewählt, die von vornherein nicht überlebensfähig waren, die aber auch nicht HIV-infiziert waren, und diese Versuche haben in der internationale Forschergemeinschaft Skepsis gegenüber einem schnellen Vorpreschen hervorgerufen.

Über die Therapie hinaus verhilft die Technologie Wissenschaftlern zu einem besseren Verständnis, welche Rolle bestimmte Gene überhaupt in einem Organismus spielen. Das Genome Editing bietet die Möglichkeit, Gene gezielt und zuverlässig "auszuknocken", also funktionsunfähig zu machen. Das Resultat dessen lässt dann Rückschlüsse auf die ursprüngliche Funktion des Gens zu. Typischerweise verwendet man hier Mäuse ("Knockout-Mäuse"). Aber den Forschern geht es vorrangig um den menschlichen Organismus, und so erläutert John Parrington, dass mit dem Genome Editing die Verwendung von Organismen zunehmen wird, die dem Menschen ähnlicher sind, etwa Affen, wobei Menschenaffen von besonderen Interesse sind (vgl. auch diesen Beitrag zum Thema Gentechnik und Tierversuche, der sich aber nicht speziell auf das Genome Editing bezieht).

Außerdem lassen sich mit dem Genome Editing Mäuse und andere Tiere besser so modifizieren, dass sie menschliche Krankheiten imitieren, also als Krankheitsmodelle fungieren. Damit können Forscher Einblicke in therapeutische Möglichkeiten gewinnen - vielleicht sogar bis zu einer Spezifität der Gene eines einzelnen Individuums.

Die Modifikation von Tieren kann aber nicht nur durch die "Sabotage" eines intakten Organismus zu neuen Erkenntnissen verhelfen. Mit dem Genome Editing machen sich Forscher und Pharmafirmen daran, Gewebe und sogar menschliche Organe in anderen Organismen zu züchten, die dann zur Transplantation im Menschen "geerntet" werden (die so-genannte Xenotransplantation aus einer Chimäre). Aufgrund von ethischen Bedenken hat die US-amerikanische Regulationsbehörde (NIH, National Institutes of Health) diesen Projekten öffentliche Forschungsgelder entzogen, und aus wissenschaftlicher Sicht ist noch bedeutender Aufwand nötig, um diese Projekte in die Reichweite medizinischer Praxis zu bringen. Gegenwärtig hat ein Pavian ein Jahr lang mit einem Herz überlebt, das in einem Schwein gezüchtet wurde. Einzelne gezielte, große Investitionen in diese Forschungsrichtung haben sich kürzlich auf über 60 Millionen US-Dollar belaufen.