Wissenschaft

Schon ein Gen macht einen großen Unterschied

Das menschliche Genom besteht normalerweise aus 46 Chromosomen und etwa 20.000 Genen, die wiederum aus bis zu 3 Milliarden DNS-Basenpaaren aufgebaut sind. Mittwoch, 19 Dezember

Von Jon Heggie

Schon die geringste Veränderung des genetischen Codes genügt, um Krankheiten auszulösen. Wissenschaftler erforschen daher, wie zielgerichtete Genom-Editierung dabei helfen könnte, diesen Erkrankungen vorzubeugen.

Irgendwo tief in einem gesunden menschlichen Körper teilt sich eine Zelle und vermehrt sich damit. Sie reproduziert eine exakte Kopie der Doppelhelix unserer DNS, dem genetischen Code, der uns zu dem macht, was wir sind. Aber dabei wird ein Fehler gemacht, ein winziges Versehen beim Kopieren eines einzelnen Basenpaars der Desoxyribonukleinsäure (DNS), aus denen das Gen MYBPC3 besteht. Es ist nur eine kleine Veränderung, doch sie hat riesige Konsequenzen: Sie verursacht eine erblich bedingte Herzerkrankung. Fakt ist, dass einige Menschen eine Krankheit bekommen können, unabhängig davon, wie gesund sie leben – es liegt buchstäblich in ihren Genen.

Das menschliche Genom besteht normalerweise aus 46 Chromosomen und etwa 20.000 Genen, die wiederum aus bis zu 3 Milliarden DNS-Basenpaaren aufgebaut sind. Fast jede Zelle unserer Körpers besitzt ein komplettes Set Chromosomen, die mikroskopisch kleinen, fadenartigen Strukturen, die die vererbbaren Gene tragen. In ihnen ist die einzigartige Zusammenstellung von DNS-Basenpaaren gespeichert, die sowohl unsere grundsätzlichen, anatomischen Gemeinsamkeiten, wie auch individuelle Charakteristika bestimmen. Dazu gehören beispielsweise Haarfarbe, Körpergröße, Körperbau und selbst die Gedächtnisleistung.

Unsere DNS reproduziert sich fortlaufend selbst, macht jedoch manchmal Fehler. Diese sogenannten Mutationen verändern die DNS-Sequenz innerhalb des betroffenen Gens dauerhaft. Die meisten Genmutationen sind harmlos, einige sogar nützlich – so konnten sich Menschen überhaupt erst evolutionär entwickeln. Andere Mutationen wurden dagegen als Ursache für bestimmte Krankheiten identifiziert. Um diese entstehen zu lassen, bedarf es gar keiner großen Veränderungen. Wird nur ein einziges DNS-Basenpaar – von 3 Milliarden – fehlerhaft kopiert, kann dadurch Mukoviszidose, Sichelzellenanämie oder die weit verbreitete Herzerkrankung Familiäre Hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) auftreten.

Herzerkrankungen sind die häufigste Todesursache in den USA und HCM ist mit einer Rate von 1:500 Personen die am häufigsten vererbte Herzkrankheit. Eine Genmutation verursacht die Verdickung der Herzmuskeln, was es für sie schwerer macht, das Blut durch den Körper zu pumpen. Die Symptome dafür reichen von leichten Herzrhythmusstörungen bis hin zu plötzlichem Herzinfarkt oder Herzstillstand, der oft schon in jungen Jahren auftritt. Hat ein Elternteil HCM, so besteht eine fünfzigprozentige Chance, die Genmutation an sein Kind weiterzugeben, sodass dieses möglicherweise ebenfalls daran erkrankt. Bislang gibt es keine Heilung für HCM, aber es könnte sich ein Weg auftun, das Leiden von vornherein zu verhindern. Da die Krankheit von einer Mutation nur eines Gens ausgelöst wird, würde eine Korrektur dieses Gens die Krankheit auslöschen. In Zukunft könnten wir in der Lage sein, solche Eingriffe durchzuführen.

Genom-Editierung ist eine Technik, mit der Wissenschaftler die DNS eines lebenden Organismus verändern – bei Pflanzen, Tieren und sogar Menschen. Sie können Teile der menschlichen DNS entfernen, hinzufügen oder ersetzen, um physische Merkmale zu ändern. Einerseits kann dies auf somatischer Ebene geschehen, was dann nur ein Individuum für die Dauer seines Lebens beeinflusst. Die andere Möglichkeit sind Eingriffe in die Keimbahn, was bedeutet, dass Manipulationen an die folgenden Generationen weitergegeben werden. Genom-Editierung kann potenziell dazu genutzt werden, nicht-medizinische Verbesserungen durchzuführen, wie beispielsweise die Festlegung der Augenfarbe oder des Körperbaus. Allerdings liegt der Fokus derzeit auf der Behandlung von Krankheiten – wie zum Beispiel HCM. „Im Jahr 2017 gelang einem Team von Wissenschaftlern möglicherweise die Vorstufe zu einem großen medizinischen Durchbruch in Amerika. Die Forscher gaben an, Embryonen genetisch verändert zu haben, die aus der Befruchtung mit HCM-Träger-Sperma entstanden sind. Sie konnten die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Krankheit angeblich von 50 auf 28 Prozent senken.“

Auch wenn die Diskussion um Tests an menschlichen Embryonen (die in einigen Ländern verboten sind) nach wie vor hitzig geführt wird, ist diese Behauptung ein Meilenstein. Die genutzte Technologie nennt sich CRISPR/Cas9 und wurde aus einem natürlichen Schutzmechanismus entwickelt, den einige Bakterien anwenden. Manche Bakterien behalten Teile der DNS von eindringenden Viren und speichern sie als Abschnitte sich wiederholender DNS (CRISPR) in ihrem eigenen Genom. Das dient dazu, das Virus in Zukunft direkt zu erkennen. Wenn es erneut angreift, setzt das Bakterium ein Enzym namens Cas frei, das die DNS des Virus durchschneidet, um es außer Gefecht zu setzen. CRISPR-Cas9 bildet diesen Mechanismus nach, indem es ein Führungsmolekül nutzt, das die gleiche DNS-Sequenz wie das Ziel besitzt. In diesem Fall ist es die Mutation im Gen MYBPC3, die HCM verursacht. Das Führungsmolekül wurde an ein Cas9-Enzym gebunden, um das CRISPR-Werkzeug zu erschaffen. Dieses wurde anschließend in jeden Embryo mikroinjiziert. Das Führungsmolekül brachte das Cas9-Enzym zur passenden DNS-Sequenz, wo es den mutierten Strang des MYBPC3-Gens herausschnitt und dann eine gesunde Kopie an den entsprechenden Platz setzte.

CRISPR verspricht unglaubliche Präzision, indem es die DNS jedes Mal an der richtigen Stelle schneidet. Die Wissenschaftler behaupteten auch, dass sie die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von HCM fast halbiert hätten. Die Embryonen entwickelten sich nach dem Eingriff normal weiter, bis das Experiment planmäßig beendet wurde. Seitdem wird weiter an der Editierung der HCM-Mutation zu gesunder DNS mithilfe von CRISPR geforscht, um Proben für medizinische Versuche herzustellen. Außerdem wurden Studien zusammengestellt, wie CRISPR bei der Diagnose von HCM helfen kann. Einige Untersuchungen gehen sogar noch einen Schritt weiter und forschen an der Möglichkeit, eine bestimmte Genmutation ins menschliche Genom einzufügen, die präventiv vor koronaren Herzerkrankungen schützen könnte.

 

CRISPR-Cas9 könnte Wissenschaftlern erlauben, ganz gezielte Veränderungen am menschlichen Genom vorzunehmen – und das schneller, einfacher und kosteneffizienter als bisher. Das bringt die Medizin einen großen Schritt näher an den Traum von der Behandlung von Krankheiten durch Genom-Editierung heran. Dies würde einige Erkrankungen für immer auslöschen. Und damit gehen ganz neue Probleme einher. Die Frage, ob wir ein Gen verändern können, wurde beantwortet; die Frage, ob wir es tun sollten, hängt weiterhin in der Schwebe. Auf beiden Seiten der Diskussion werden starke und leidenschaftliche Argumente vorgebracht. Aber in naher Zukunft wird der Punkt kommen, an dem wir uns entscheiden müssen, wie weit wir bereit sind zu gehen, um Krankheiten zu bekämpfen. Denn schon die Veränderung an einem einzigen Gen macht einen großen Unterschied.

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