Erbkrankheiten zu heilen, indem man defekte Gene aus dem Erbgut schneidet und durch gesunde ersetzt: Das ist das Prinzip der Genomeditierung, die dank der Genschere Crispr möglich geworden ist. Ein Team vom Broad Institute im US-amerikanischen Cambridge berichtet nun im Magazin Nature (Anzalone et al., 2019) von einer Weiterentwicklung der Methode. Die könnte eines Tages ermöglichen, bis zu 89 Prozent aller bekannten menschlichen Erbkrankheiten zu korrigieren.

Bisher sind derartige Genveränderungen an Menschen aus ethischen Gründen weder für Studien noch als Therapie wegen möglicher Nebenwirkungen zugelassen. In der aktuellen Studie geht es daher um Grundlagenforschung, aber auch um neue Möglichkeiten für die Grüne Gentechnik. Durch Genomeditierung lassen sich zum Beispiel Pflanzen züchten, deren Erbgut so verändert ist, dass sie resistent gegen bestimmte Schädlinge sind.

Weniger Nebeneffekte und mehr Effizienz

Prime Editing nennen die Forscherinnen und Forscher ihre Methode, die auf der Idee der Genschere Crispr/Cas9 aufbaut. Es handele sich dabei um eine intelligente Weiterentwicklung der Technologie, sagte Jan Korbel vom Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie in Heidelberg Journalisten des deutschen Science Media Centers (SMC) (siehe Kasten). "Das Prime Editing führt anders als Crispr/Cas9 durch den gezielten Einsatz eines bestimmten Enzyms keine Zerschneidung des Erbgutes durch." Deshalb komme es zu weniger unerwünschten Mutationen als unter Crispr/Cas9. "Dies kann für zukünftige Anwendungen in der Medizin sehr wichtig sein."

Tatsächlich berichtet das US-amerikanische Forscherteam, dass Prime Editing sehr präzise einzelne DNA-Bestandteile (Basen) austauschen, einfügen (Insertion), löschen (Deletion) oder Veränderungen erzeugen kann, die diese Möglichkeiten miteinander verbinden. Das führe insgesamt zu weniger unkontrollierbaren Nebeneffekten, wie Veränderungen an Orten der DNA, die nicht das Ziel des Genschnitts waren. Die neue Anwendungsart sei zudem effizienter als bisherige Genomeditierungsmethoden.

In vier verschiedenen menschlichen Zelllinien sowie in Nervenzellen von Mäusen führten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Prime Editing mehr als 175 Veränderungen am Erbgut durch, zu denen das gezielte Einbringen, Löschen und alle zwölf bekannten Formen des Austausches zählten. Darüber hinaus korrigierten sie die primären genetischen Ursachen zweier Erbkrankheiten: der Sichelzellanämie und der Tay-Sachs-Krankheit. Dieses gelang, wie das Team in Nature berichtet, in den Zellen effizient und mit nur wenigen Nebeneffekten.

Crispr - So funktioniert das neue Universalwerkzeug der Gentechnik Günstig, leicht zu handhaben und enorm effektiv: Crispr revolutioniert die Gentechnik. Das Erbgut aller Lebewesen lässt sich damit beliebig formen, wie das Video zeigt.

Damit sei die neue Methode also nicht frei von Risiken, sagt Jan Korbel. Sie könne auch schwer messbare Mutationen produzieren. "Derartige Nebenprodukte sollten in Zukunft ausgeschlossen werden können, bevor die Technologie sicher in der Medizin angewendet werden kann. So weit sind wir derzeit aber noch nicht."

Versuche mit menschlichem Erbgut sorgten für Entsetzen

Dass gentechnische Verfahren an Menschen noch nicht versucht worden sind, stimmt allerdings nicht ganz: Im Jahr 2018 hat der chinesischer Forscher He Jiankui verkündet, die Crispr-Methode auf menschliche Embryonen angewandt zu haben. Bei ihnen wurde ein bestimmter Genabschnitt aus dem Erbgut ausgeschnitten und ersetzt, wodurch die Kinder immun gegen HIV werden sollten. Eine Frau brachte nach künstlicher Befruchtung die ersten Zwillinge zur Welt, deren Erbgut mit Crispr/Cas9 verändert wurde. Der Fall wurde von internationalen Fachleuten verurteilt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die als Entdecker der Genschere gelten, forderten ein weltweites Moratorium, sie nicht in der Keimbahn des Menschen anzuwenden. In China wird gegen den Forscher seit seiner Veröffentlichung strafrechtlich ermittelt, seine Forschungen musste He Jiankui einstellen.

Einzelne Forscher wie etwa der russische Mikrobiologe Denis Rebrikow wollen dennoch künftig auch Menschen genetisch verändern. Sein Plan, sofern er auch offiziell grünes Licht bekommt: Er will ermöglichen, dass Kinder tauber Eltern selbst hören können. Dafür will Rebrikow lange vor der Geburt mit Crispr/Cas9 in ihr Genom eingreifen. In einem Interview mit ZEIT ONLINE stellte er die provokante Frage: "Was ist besser: eine Therapie oder gesunde Babys zu machen?"

Dies wird die moderne (Pflanzen-)Züchtung sehr beschleunigen.
Jens Boch, Pflanzenbiotechnologe

Möglicherweise leichter handhabbar könnte das Prime Editing hingegen bei der Pflanzenzucht sein. "Die neue Methode ist ein überaus nützlicher Mittelweg der bisherigen Möglichkeiten", sagte der Biotechnologe Jens Boch von der Leibniz Universität in Hannover dem SMC. Mit ihr ließen sich sehr rasch präzise Änderungen für nützliche Eigenschaften in wichtige Kultursorten einführen. "Dieses wird die moderne Züchtung sehr beschleunigen." In Europa falle das Prime Editing allerdings unter das Gentechnikgesetz und werde daher für den europäischen Markt nicht zur Anwendung kommen.

Die Technik sollte man allerdings auch nicht überbewerten, sagte Holger Puchta vom Karlsruher Institut für Technologie. Zwar könne sie helfen, leichter krankheitsresistente Pflanzen oder beispielsweise glutenfreie Pflanzenprodukte zu erhalten. "Das muss aber selbstverständlich erst getestet werden." Zudem hänge das Risiko des Prime Editing immer von der Anwendung ab. Während es in der Medizin wichtig sei, jegliche Art zusätzlicher Genomveränderungen als die gewünschte auszuschließen, sei dies in der Grünen Gentechnik nicht so relevant. Solche Fragen spielten dort eher eine untergeordnete Rolle, "da die Züchtung seit 70 Jahren Tausende von ungerichteten Genomveränderungen in Kauf nimmt". Diese kommen zudem auch auf natürliche Weise vor, ohne dass der Mensch im Labor eingegriffen hat.

Mehr über die Crispr-Genschere und darüber, wo sie heute schon eingesetzt wird, lesen Sie in unserem Schwerpunkt "Der Mensch erschafft sich neu".