Es war ein bitterer Sieg: Neun schwer kranke Kinder hatten die Ärzte des Münchner Uniklinikums zwischen 2006 und 2009 durch eine Gentherapie von ihrer Erbkrankheit heilen können. Doch der Preis für den Erfolg war hoch. Sieben Patienten erkrankten an Leukämie, zwei von ihnen starben.

Viel zu oft hat man solche Geschichten schon gehört – Todesfälle, Blutkrebs, schwere Nebenwirkungen bei Heilversuchen mit der Gentherapie. Doch trotz der Zwischenfälle ist das Heilen mit Genen – eine Behandlung, bei der genetische Defekte durch die Übertragung intakter Erbanlagen korrigiert werden – eines der großen Ziele in der modernen Medizin. Im Prinzip funktioniert dieser Ansatz auch. Gefahr droht nicht durch die therapeutischen Gene, sondern durch die Methoden, mit denen sie in die Zellen der Patienten geschleust werden.

"Für den Transport des heilenden Gens in die Zelle werden umgebaute Viren benutzt", sagt Toni Cathomen, Direktor am Institut für Zell- und Gentherapie (IZG) des Uniklinikums Freiburg. Diese Genfähren, sogenannte Vektoren, klinken sich mitsamt ihrer heilsamen Fracht im Genom der Zellen ein. Ein grobschlächtiges Verfahren, bei dem das therapeutische Gen blind an einem zufälligen Ort im Erbgut des Patienten landet. Geschieht das an der falschen Stelle, kann zufällig ein Krebsgen aktiviert werden. Schon lang suchen die Gentherapeuten daher nach Alternativen. "Wir wollen weg von den Vektoren", sagt Cathomen.

Seit zwei Jahren erobert ein neues Verfahren die Labore. Eine Technik, mit der Wissenschaftler beliebige Veränderungen der Erbinformation vornehmen können – punktgenau und hocheffizient. Sie ist einfach, robust und billig und hat sich in der biologischen Grundlagenforschung in weniger als einem Jahr etabliert. Derzeit erreicht sie die medizinische oder "rote" Biotechnologie (und damit auch die Stammzellforschung) sowie die Grüne Gentechnik*. Bald dürfte sie auch bei Patienten in den Kliniken erprobt werden. Eine neue Form der Gentherapie, so hoffen die Fachleute, soll dann Menschen retten – wirkmächtig und risikoarm. Das komplizierteste an der Technik ist ihr Name: Crispr/Cas9.

Von "Genome-Engineering" oder "Genome-Editing" sprechen Wissenschaftler bei dieser direkten Art der Genmanipulation: Die kodierte Information lässt sich direkt an ihrem Platz im Erbgut bearbeiten, ohne dass die natürliche Umgebung im Erbmolekül zerstört wird. Jeden einzelnen Buchstaben im Genom sollen Therapeuten mit dieser hochpräzisen Methode bearbeiten können. Das Verfahren verwirklicht die ideale Gentherapie. Defekte Gene werden nicht ersetzt wie bisher – sondern buchstäblich geheilt.

Nicht alle ersten Erfolge mit der neuen Technik ernten allerdings uneingeschränkte Zustimmung. Anfang Februar stellten chinesische Forscher Affen vor, die nach Genome-Engineering geboren worden waren. Die Forscher hatten befruchtete Eizellen vor der ersten Teilung benutzt und deren Erbgut mit dem neuen Verfahren bearbeitet. Die Tiere tragen die Modifikation in allen Körperzellen und vererben sie auch – eine klassische Keimbahnveränderung, bei Primaten bislang extrem schwierig und nur wenige Male erfolgreich durchgeführt. Mit Crispr/Cas9 gelang das ethisch heikle Unterfangen auf Anhieb – der Weg zum genetisch modifizierten Menschenbaby ist damit zweifellos ein Stück kürzer geworden.

Das Werkzeug dafür besteht aus zwei Teilen, einem Nukleinsäuremolekül (RNA) und einem Eiweiß namens Cas9. Bringt man beide in eine Zelle, klammern sie sich aneinander. "Und dann passiert die Magie", sagt der Doktorand Maximilian Müller, der die Methode in Freiburg testet. Die RNA steuert eine bestimmte Stelle im Genom an. Ihr Ziel besteht aus einer Folge von 12 bis 20 Nukleotiden im Labyrinth der 3 Milliarden Bausteine, aus denen das menschliche Genom besteht.

*Anm. d. Red.: An dieser Stelle wird im Original auf den Artikel "Vom Apfel der Erkenntnis" auf Seite 39 in der ZEIT 44/2014 verwiesen.

Auch beim Genom-Engineering kommt es zu Missgeschicken

Welche Stelle im Erbgut das System ins Visier nimmt, kann man vorher einstellen. Dazu muss man einen bestimmten Abschnitt auf der RNA so ändern, dass er der Stelle im Genom entspricht, die angesteuert werden soll. "Das dauert vielleicht drei Tage", sagt Müller. Einmal am Ziel im Erbgut angelangt, kann Cas9 bewirken, dass einzelne Bausteine eines Gens ausgetauscht oder entfernt werden – und neue eingefügt. Das System ist fähig, den bestehenden Informationen einer Erbanlage einen neuen Sinn zu geben. Oder das Gen zu zerstören.

Crispr funktioniert in praktisch jedem Modellorganismus – in Hefen, Fadenwürmern oder Zebrafischen, ebenso in Mäusen, in Reispflanzen oder menschlichen Zellen. Die Forscher können einzelne Gene bearbeiten oder mehrere auf einmal. Und selbst Bakterien kann man damit angreifen. Ein intelligentes Antibiotikum, das gezielt die DNA von schädlichen Bakterien erkennt und die anderen verschont, wäre damit denkbar.

Die Zutaten für das System sind längst kommerziell erhältlich, etliche Firmen bieten die Produkte an. Aus der genetischen Forschung, vor allem mit genveränderten Tieren, ist die Methode nicht mehr wegzudenken.

Und sie macht nicht bei der Grundlagenforschung halt. Im November 2013 ging die Firma Editas Medicine in Boston an den Start. Ihr Ziel: Crispr/Cas9 in der Gentherapie an Patienten einzusetzen. Gelingt das, wird sich die Medizin verändern. Konkurrenz bekommt Editas aus Europa. Ende April verkündete ein Gründerteam den Start von Crispr Therapeutics in London, die ebenfalls die Technik in die therapeutische Anwendung bringen will.

Das Revier ist damit vorerst aufgeteilt. Weitere Unternehmen, die an medizinischen Anwendungen arbeiten, dürften es schwer haben, denn die wichtigen Patente für die Technologie halten die Gründer der beiden Firmen. Für welche Erkrankung Therapien entwickelt werden, mag keiner genau verraten. "Krankheiten des Blut- und Immunsystems", ist die vage Antwort sowohl aus Boston als auch aus London. Da kommen viele Krankheiten infrage, von Sichelzellanämie über Hämophilie bis zu erblichen Immunstörungen.

Welches Leiden die Unternehmen tatsächlich im Blick haben, ist in der Branche kein Geheimnis: Wem es gelingt, Aids zu heilen, der wird Geschichte schreiben. "Sehr viele Leute arbeiten daran, wir auch", sagt Toni Cathomen. Dass HIV-Infektionen für eine gezielte Gentherapie infrage kommen, weiß man seit 2008, als der Amerikaner Timothy Ray Brown in Berlin durch eine Knochenmarkstransplantation von dem Virus befreit werden konnte (ZEIT Nr. 29/10). Das Knochenmark stammte von einem Spender, dem HIV kaum etwas anhaben kann, weil er einen Defekt im Gen CCR5 trägt. Seinen Zellen fehlt deshalb an der Oberfläche ein Protein, das dem HI-Virus als Andockstelle dient. Menschen mit dem CCR5-Defekt können vom Erreger nicht oder nur schlecht befallen werden. Die Übertragung dieses "defekten" Knochenmarks machte auch Timothy Ray Brown immun; HIV verschwand aus seinem Körper.

Die Suche nach einem geeigneten Spender mit dem schützenden Gendefekt ist nur selten erfolgreich. Leichter könnte es sein, HIV-Infizierte mit eigenen Zellen zu heilen. Dazu müssten die Gentherapeuten ihnen Knochenmark entnehmen, das CCR5-Gen zerstören und die nun immunen Zellen wieder übertragen. Bis ein erster Patient so geheilt werden kann, dürfte es mindestens fünf Jahre dauern, eher zehn. Dass es funktionieren wird, dafür stehen die Chancen aber gut. Ein Großteil der Prozedur ist erprobt. "Wir wissen, wie man Knochenmark entnimmt, wie wir die Zellen kultivieren und wie lange. Und wir wissen, wie wir die Zellen zurück in den Patienten bringen", erklärt Cathomen. Auch bei der Genmanipulation selbst sehe es gut aus. Schließlich müsse man "nur ein Gen kaputt schneiden", sagt der Freiburger Forscher.

Trotz der optimistischen Töne: Crispr ist nicht unfehlbar. Auch beim Genom-Engineering kommt es zu Missgeschicken. Dann bearbeitet das System die falsche Stelle im Erbgut – "off target effects" heißen diese Fehlschüsse im Laborslang. Doch seit Bostoner Forscher die Präzision weiter drastisch verbessert hätten, sagt Cathomen, "sind wir ziemlich optimistisch".

"Fast zu schön, um wahr zu sein"

Neben dem Blut- und Immunsystem ist auch die Leber für Gentherapien geeignet. Aus der Leber kann man leicht Zellen entnehmen und sie wieder in das Organ übertragen. Hans Clevers, Professor für Molekulare Genetik am Hubrecht Institut im Niederländischen Utrecht, ist von der Methode überzeugt. "So etwas habe ich in 30 Jahren Forschung nicht erlebt: Es ist einfach – fast zu schön, um wahr zu sein."

Schon im Mai 2013 hat sein Team mit Crispr/Cas9 in kultivierten Zellen jenes Gen repariert, das bei Zystischer Fibrose mutiert ist. "Das Gleiche machen wir jetzt für eine Erbkrankheit der Leber", sagt Clevers. US-Forscher reparierten bereits bei einer Maus einen Gendefekt, der das Stoffwechselleiden Tyrosinämie auslöst, eine seltene Lebererkrankung – der erste Meilenstein auf dem Weg zur Anwendung am Menschen. Auch beim Kampf gegen den Herzinfarkt könnte die Anwendung in der Leber einst eine Rolle spielen. Dort ist ein Gen aktiv, das für hohe Cholesterinspiegel sorgt. Menschen, denen dieses Gen von Natur aus fehlt, haben ein sehr geringes Infarktrisiko. Bei Mäusen gelang es bereits, dieses Gen zu zerstören und den Cholesterinwert um knapp 40 Prozent zu senken.

"Ich kann mir vorstellen, dass wir schon in zwei bis drei Jahren eine Anwendung bei Patienten sehen", sagt Rodger Novak von Crispr Therapeutics. Allerdings rechnet auch er damit, dass es Probleme geben wird. Völlig unbeantwortet ist die Frage, wie teuer am Ende eine neue Gentherapie sein darf: Wer kann, wer darf die Preise dafür diktieren? Eine Einmalbehandlung, die unter Umständen eine lebenslange Therapie ersetzt – "kein Unternehmen wird das zum Preis einer Knochenmarkstransplantation anbieten", sagt Novak. "Stellen Sie sich das einmal vor: Es gibt eine Heilung von HIV, und sie kostet für jeden Patienten eine Million Euro."