Wissenschaftler finden Genbearbeitung mit CRISPR schwer zu widerstehen

Das menschliche Genom zu zerhacken, ist seit langem ein gro├čartiges Science-Fiction-Theater, denn es schien immer fantastisch unm├Âglich zu sein, und es eignet sich so gut f├╝r finstere Handlungsstr├Ąnge.

Da es den Wissenschaftlern jedoch gelang, das menschliche Genom in den 1990er Jahren zu kartieren, erscheint die gentechnische Herstellung von Menschen weniger als Fiktion und eher als der mutma├čliche Endpunkt der medizinischen Forschung.

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Wir haben immernoch Angst davor, mit dem menschlichen Genom auf vererbbare Weise zu basteln, auch wenn die Gentechnik zur Behandlung erkrankter Menschen echte Fortschritte macht. Es ist illegal, vererbbare DNA in vielen L├Ąndern zu bearbeiten, allerdings nicht in den Vereinigten Staaten. Aber wir haben die Diskussion ├╝ber die ethischen Implikationen und die Grundlagen der Regulierung verlassen, die ausgearbeitet werden m├╝ssen, wenn die Technologie in Reichweite kommt.

Aber 2012, was einst nur eine Zukunftsm├Âglichkeit schien, wurde zu einem unmittelbaren Dilemma.

Damals stellten die Molekularbiologin der University of California, Jennifer Doudna, und einige Kollegen eine neue Gentechnik-Technik namens CRISPR-Cas9 in einem Artikel in der Zeitschrift Science vor. Kurz gesagt, die Technologie erm├Âglicht es einem Wissenschaftler, problematische DNA-Teile herauszuschneiden, ein Verfahren mit tiefgreifendem Potenzial, um verheerende genetische Krankheiten wie Huntington zu heilen.

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Die Technik ist einfach genug, dass jeder Biologe, der so geneigt ist, das Erbgut eines menschlichen Embryos "bearbeiten" und mit einer In-vitro-Fertilisation (IVF) in eine Frau implantieren kann. Diese Änderung würde ein für allemal in den Genpool eintreten.

Mehrere Gruppen haben den Alarm ausgel├Âst, dass es jetzt Zeit ist. Es ist keine Science-Fiction mehr. Dr. George Daley, Harvard Medizinisches Zentrum

CRISPR-Cas9 k├Ânnte auch die Gene, die genetische Krankheiten wie Sichelzellenan├Ąmie und Huntington-Krankheit verursachen, m├Âglicherweise neu programmieren, was eine Allzweck-Heilung verspricht.

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Wissenschaftler und Regulierungsbeh├Ârden haben es geschafft, aufzuholen.

"Da die Probleme, ein Genom, insbesondere einen Embryo, ver├Ąndern zu k├Ânnen, jetzt viel unmittelbarer und besorgniserregender sind, haben einige Gruppen den Alarm ausgel├Âst, dass es jetzt an der Zeit ist. Es ist keine Science Fiction mehr ", sagte Dr. George Daley, Ph. D., Stammzellbiologe am Harvard Medical Center.

Aber Kritiker sagen, dass der Prozess, der dar├╝ber entscheidet, ob und wie wir unser genetisches Erbgut ver├Ąndern werden, Slapdash, Ausgrenzung und verdorben durch das Versprechen von Profit f├╝r diejenigen ist, die von einer Heilung f├╝r Krebs oder eine genetische Krankheit profitieren k├Ânnen - oder von einer L├Âsung f├╝r einige subjektiv unerw├╝nschte genetische Eigenschaften.

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Ein Eureka-Moment

Technisch war es m├Âglich, menschliche DNA seit Mitte der 1970er Jahre zu bearbeiten, als Paul Berg, Ph.D. kultivierte humane DNA in E. coli-Bakterien in seinem Stanford-Labor. Aber diese fr├╝hen Methoden waren arbeitsintensiv und unzuverl├Ąssig.

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Doudna (ausgesprochen DOWD-na) trat durch Zufall in die Debatte um die menschliche Ingenieurskunst ein. Als RNA-Expertin wurde sie gebeten, einigen Kollegen zu helfen herauszufinden, wie Bakterien gegen Viren k├Ąmpfen.

Es wurde allm├Ąhlich klar, dass Bakterien mit Hilfe eines Prozesses, der CRISPR-Cas9 hei├čt, Teile viraler DNA identifizieren und anvisieren. Das erste Mal, wenn ein Bakterium auf ein Virus trifft, speichert es ein St├╝ck seiner DNA. Sp├Ąter dient diese DNA als "meistgesuchtes" Poster. Wenn das Bakterium erneut in dasselbe Virus eindringt, greift es es an, indem es das bekannte DNA-Muster herausschnippt.

Doudna und ihre Kollegen erkannten schnell, dass Wissenschaftler den bakteriellen Prozess zur Bearbeitung von DNA ├╝bernehmen konnten - sei es ein Virus, eine landwirtschaftliche Pflanze oder ein Mensch.

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"Ich dachte, wow, wenn das in Tier- oder Pflanzenzellen funktionieren k├Ânnte, k├Ânnte das ein sehr, sehr n├╝tzliches und sehr m├Ąchtiges Werkzeug sein. Ehrlich gesagt, war mir damals nicht einmal klar, wie m├Ąchtig ", sagte Doudna NPR in einem Interview im Jahr 2014. (Sie lehnte den Antrag von Healthline auf ein Interview ab, unter Berufung auf ihren professionellen Reiseplan.)

Die Kraft des neuen Ansatzes blieb nicht unbemerkt.

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In diesem Fr├╝hjahr ver├Âffentlichten chinesische Forscher, die die CRISPR-Cas9-Methode an menschlichen Embryonen angewendet hatten, ihre Ergebnisse in einer amerikanischen Zeitschrift.

Die Embryonen waren nicht lebensf├Ąhig und der Ansatz funktionierte nicht so gut wie erwartet, aber der Bericht weckte eine Welle der Besorgnis durch die wissenschaftliche Gemeinschaft und zeigte, wie stark die Versuchung war, CRISPR zu verwenden, um vererbbare menschliche DNA zu modifizieren.

Innerhalb weniger Tage nach der Ver├Âffentlichung gab ein Team der Universit├Ąt von Kalifornien, San Diego (UCSD), den Erfolg von CRISPR bei Fruchtfliegen bekannt. Sie nahmen ├änderungen an den Genen eines Paares von Paarungsfruchtfliegen vor, um sicherzustellen, dass das eingef├╝gte Merkmal an alle Nachkommen weitergegeben wurde. Diese Art von Gentechnik nennt man "Gen-Drive". "

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Die UCSD-Wissenschaftler stellten sich vor, den Ansatz zu nutzen, um bessere M├Ąuse und Fruchtfliegen f├╝r die Forschung zu machen, aber die Implikationen waren klar: Mit CRISPR konnten wir schnell eine ganze Spezies ver├Ąndern.

Erst letzte Woche haben britische Wissenschaftler eine Lizenz der britischen Beh├Ârde f├╝r menschliche Befruchtung und Embryologie angefordert, um die Genome menschlicher Embryonen, die in Fruchtbarkeitskliniken gelagert werden, zu bearbeiten. Sie planen, lebensf├Ąhige Embryonen zu verwenden, versprechen aber, sie nicht zu implantieren, nachdem sie modifiziert wurden.

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Der Vergangenheit entgegensehen, um mit futuristischer Technologie umzugehen

Inzwischen haben Doudna und andere Wissenschaftler, Ethiker und Anw├Ąlte begonnen zu wrestlen mit den ethischen Herausforderungen von CRISPR.

Im Januar trafen sich Doudna und eine kleine Gruppe von US-Vordenkern in Napa, Kalifornien, um zu besprechen, was sie mit dem Geist tun sollten, den sie aus seiner Flasche rutschen lie├čen.Paul Berg, der mit seiner Entdeckung der rekombinanten DNA von 1975 Pionier in der Gentechnik war, war da.

Die Gruppe orientierte sich an der Konferenz Berg, die 1975 auf dem Asilomar Conference Grounds vor Monterey, Kalifornien, stattfand, um zu entscheiden, wie die Wissenschaft mit der Gentechnik vorgehen w├╝rde. Dieses Treffen wird allgemein als Beweis daf├╝r angesehen, dass Wissenschaftler umstrittene und potenziell zerst├Ârerische Werkzeuge sicher handhaben k├Ânnen.

Im Fr├╝hjahr ver├Âffentlichten mehrere Teilnehmer des Napa-Treffens - darunter Doudna, Berg und Harvard's Daley - ein Positionspapier, in dem sie argumentierten, dass CRISPR nicht f├╝r reproduktive DNA oder Keimbahnzellen verwendet werden sollte. Aber, sagten sie, Laboruntersuchungen sollten fortgesetzt werden.

Ende dieses Jahres wird sich ein internationaler wissenschaftlicher Brain Trust auf Washington, DC, konzentrieren, um einen Plan f├╝r m├Âgliche Grenzen von CRISPR zu entwerfen. Die Bem├╝hungen sind vorangekommen und spiegeln die Dringlichkeit der Angelegenheit wider.

Aber da der Gipfel der Einladung, gesponsert von den Nationalen Akademien f├╝r Wissenschaft, Technik und Medizin und seinen britischen und chinesischen Kollegen, zusammenkommt, argumentieren die Kritiker, dass er zum Scheitern verurteilt ist, weil er Schl├╝sselfragen und die M├Âglichkeit dazu ausschlie├čt ├Âffentlicher Kommentar.

Die National Academies sagen, dass die Anzahl der Sitzpl├Ątze f├╝r die ├ľffentlichkeit begrenzt sein wird.

Wenn CRISPR "eine Gezeitenverschiebung in Bezug darauf darstellt, wie wir uns selbst als Wesen betrachten", wie Daley es ausdr├╝ckt, was ist dann der beste Weg, ein so wichtiges Thema zu entscheiden?

Sheila Jasanoff, Ph. D., Professorin f├╝r Wissenschaft und Technologie an der Harvard Kennedy School, glaubt, dass das Treffen im Dezember bereits einige der Vers├Ąumnisse der Asilomar Konferenz widerspiegelt.

Die Wissenschaftler von Asilomar haben die Produkte der fr├╝hen Gentechnik auf ihr Potenzial f├╝r Biowaffen untersucht und sich haupts├Ąchlich ├╝ber die Risiken der Flucht aus dem Labor besorgt.

Sie haben nicht erwartet, dass es sich um eine hitzige und lange Debatte ├╝ber gentechnisch ver├Ąnderte (GM) Organismen gehandelt hat, die gro├če Folgen f├╝r Landwirte, Umweltsch├╝tzer und Agrarindustrie-Schwergewichte wie Monsanto hatte.

"R├╝ckblickend kann man die lange, manchmal tragische Kontroverse ├╝ber gentechnisch ver├Ąnderte Pflanzen sehen ... als eine Wiederer├Âffnung von allen Asymmetrien, die Asilomar ausgeschlossen hatte, durch globale B├╝rger", schrieb Jasanoff in einer Stellungnahme der Gentechnikgipfel der n├Ąchsten Generation.

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Geld klonen?

Die Wissenschaftler, die sich in Asilomar versammelt hatten, hatten wenig mit den kommerziellen Anwendungen ihrer Forschung zu tun. Aber mit dem Bayh-Dole-Act von 1980 gewannen Professoren und Universit├Ąten ein finanzielles Interesse daran, wie ihre Entdeckungen kommerzialisiert wurden.

Ihre kommerziellen Interessen m├Âgen ihre Entscheidung beeinflusst haben, die Frage der Verwendung von CRISPR in landwirtschaftlichen Pflanzen und Tieren auf dem internationalen Treffen nicht zu ber├╝cksichtigen, selbst wenn die Debatte ├╝ber sie weiter k├Âchelt.

Doudna ist an drei der etwa zehn Unternehmen beteiligt, die sich bereits in der Hoffnung gegr├╝ndet haben, CRISPR-Gen-Editing zu kommerzialisieren.Ein Unternehmen, Caribou Bio, ist explizit an landwirtschaftlichen Anwendungen interessiert.

Laut Pete Shanks, MA, vom Zentrum f├╝r Genetik und Gesellschaft wird die Landwirtschaft wahrscheinlich eines der ersten profitablen Unternehmen f├╝r CRISPR sein, da die Saatgutmodifikation nicht so viel Pr├Ązision erfordert wie die Humanmedizin .

"Solange du am Ende einen Samen bekommst, der funktioniert, bist du in Ordnung", sagte Shanks.

Es w├Ąre schwierig, jemanden in der Biotech-Welt zu finden, der kein Interesse hat, weil alle Auftraggeber in diesem Gespr├Ąch Interessenkonflikte haben. Marcy Darnovsky, Zentrum f├╝r Genetik und Gesellschaft

Aber Doudnas finanzielle Interessen an ihrer Entdeckung sind eher die Regel als die Ausnahme.

"Es w├Ąre schwer jemanden in der Biotech-Welt zu finden, der kein Interesse daran hat, weil alle Auftraggeber in diesem Gespr├Ąch Interessenkonflikte haben", sagte Marcy Darnovsky, Ph D., der gesch├Ąftsf├╝hrende Direktor des Zentrums f├╝r Genetik und Gesellschaft. Darnovsky, der an der Konferenz in Washington teilnehmen wird, m├Âchte, dass die Gentechnik auf medizinische Verfahren f├╝r Individuen beschr├Ąnkt ist, nicht auf erbliche Ver├Ąnderungen, die in den Genpool eintreten.

Michael Kalichman leitet das Zentrum f├╝r Ethik und Gesellschaft an der UCSD. Er beschreibt Doudnas Beteiligung an der gesch├Ąftlichen Seite ihrer Arbeit einfach als Teil ihrer Arbeit als Leiterin eines Forschungslabors in einer Post-Bayh-Dole-Welt.

"Ihre Aufgabe ist es zu versuchen, es zu verkaufen", sagte er. "Doudna versteckt ihre Interessen nicht darin. "

In einem Raum voller Wissenschaftler, ├ärzte und Universit├Ątsanw├Ąlte sind alle Meinungen vom Geld gef├Ąrbt.

"Wir haben nur Leute, die finanzielle Interessen haben, die nicht nur Entscheidungen treffen, die angewandt werden, sondern ihnen die Fragen stellen, die gestellt werden", sagte Darnovsky.

Kalichman, dessen Karriere das Bayh-Dole-Gesetz "eingeklammert" hat, sagt, das Gesetz habe zu einer schnelleren Verlagerung von der reinen Forschung zu klinischen Anwendungen gef├╝hrt. Aber es macht auch Raum f├╝r Verzerrungen.

"Die Frage ist:" F├╝hrt das System der finanziellen Interessen dazu, bestimmte Dinge zu sehen? "Und die Antwort scheint ja zu sein", sagte er.

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Pitting Heartstrings gegen harte Wissenschaft

In ihrem Editorial auf CRISPR - mit dem Titel "Ein kluger Weg vorw├Ąrts f├╝r genomische Engineering und Keimbahngenmodifikation" - Doudna, Daley Berg und andere sagen, dass Forscher erforschen sollten, wie CRISPR an menschlichen Embryonen arbeitet - solange niemand die modifizierten Embryonen einbaut.

"Sie argumentieren, dass die Bearbeitung menschlicher Keimbahnzellen (Gameten und fr├╝he Embryonen) zu Forschungszwecken sofort voranschreiten sollte, w├Ąhrend ein Dialog ├╝ber die sozialen und ethischen Implikationen der Verwendung modifizierter Keimzellen zur Einleitung einer Schwangerschaft im Gange ist", sagte Darnovsky des Editorials.

Weitere Forschungen, so die Arbeit, geben uns mehr Informationen dar├╝ber, wie Keimbahn-Modifikationen funktionieren - oder, wie in der chinesischen Studie, nicht.

"Sie nennen das" einen klugen Weg vorw├Ąrts ", sagte Darnovsky. "Aber es w├Ąre leicht zu lesen" Wenn unsere Forschung zeigt, dass wir die Keimbahn sicher und genau modifizieren k├Ânnen, wird dies ein Argument f├╝r die Entwicklung von gentechnisch ver├Ąnderten Menschen sein. ''

Es ist erst etwa ein Jahrzehnt her, seit wir das menschliche Genom gelesen haben. Wir sollten gro├če Vorsicht walten lassen, bevor wir anfangen, es umzuschreiben. Eric Lander, Broad Institute

Doudna hat CRISPR als eine Methode zur Bearbeitung von Tippfehlern beschrieben, die wir in Naturtexten erhalten. Ihre Metapher soll einen unglaublich komplizierten Prozess f├╝r Nicht-Wissenschaftler verst├Ąndlich machen. Aber es ├╝berschattet auch die Risiken der Genbearbeitung: Die Realit├Ąt ist, dass das Buch der menschlichen Genetik in einer Sprache geschrieben ist, die wir kaum verstehen.

"Es ist erst etwa ein Jahrzehnt her, dass wir das menschliche Genom zum ersten Mal gelesen haben. Wir sollten gro├če Vorsicht walten lassen, bevor wir anfangen, es umzuschreiben ", schrieb Eric Lander, Ph. D., Leiter des Broad Institute, in seinem Kommentar zu CRISPR.

Das Broad Institute hat mit Doudnas Labor an der Westk├╝ste um Vorsch├╝sse in CRISPR konkurriert und befindet sich in einer Klage dar├╝ber, wer die Patente h├Ąlt.

Lander stimmt zu, dass wir vererbbare DNA nicht anfassen sollten, aber er macht Raum f├╝r eine "m├Âgliche Ausnahme der Korrektur schwerer Gene f├╝r monogenetische Krankheiten, in den wenigen F├Ąllen, in denen es keine Alternative gibt. "

Was ist, wenn die Forschung, die Doudna bef├╝rwortet, und britische Wissenschaftler, die bereits eine Heilung f├╝r eine verheerende genetische Krankheit wie Huntington versprechen, nicht von Fall zu Fall verh├Ąngt wird, sondern indem die Genmutation vollst├Ąndig eliminiert wird? Die ├ľffentlichkeit w├╝rde wahrscheinlich Zugang zu dieser Heilung verlangen.

Aber was, wenn sich herausstellte, dass ein Heilmittel wie eine Heilung gro├če ungewollte genetische Nebenwirkungen hatte, die erst in der n├Ąchsten Generation sichtbar wurden?

"Von einer brillanten Beobachtung zu etwas zu kommen, das den Massen hilft, ist kompliziert", sagte Jasanoff.