Crispr / Cas9: Die Biotech-Revolution hat gerade erst begonnen – Kolumne

Der Mensch hat lange begonnen, die Evolution zu stören. Erst mit der Zucht, dann mit gezielter Manipulation der genetischen Zusammensetzung. Einige neue Organismen werden jetzt entworfen „in silico„wie es jetzt heißt, mit anderen Worten: im Computer.

Es funktioniert sehr gut, weil DNA Software ist. Wir wissen aber immer noch sehr wenig darüber, welche Codefragmente was genau tun. Das komplexe Zusammenspiel von Software und Hardware unserer Zellen zu untersuchen, ist die gewaltige Aufgabe der Biochemie, Mikrobiologie und Bioinformatik für die kommenden Jahrzehnte. Welches DNA-Stück ist die Blaupause für welches der wahrscheinlich hunderttausenden verschiedenen Proteine ​​in einem Körper? Proteine ​​sind die Grundbausteine ​​des Lebens.

Immer wieder werden die Erfinder von Werkzeugen für diese neue Biowissenschaft erfunden Nobelpreis, circa 1993 und 2002. Ohne die von Kary Mullins erfundene Polymerasekettenreaktion (PCR) gäbe es beispielsweise keine zuverlässigen Koronatests. Er hat dieses Werkzeug erst vor 37 Jahren erfunden. Die Wissenschaft vom Leben selbst entwickelt sich mit atemberaubender Geschwindigkeit. Aber jetzt fangen die Dinge wirklich an.

Eingriffe in die Evolution

Zwei Frauen haben jetzt einen Nobelpreis für die Schaffung eines weiteren mächtigen Werkzeugs in dieser neuen Wissenschaft erhalten: Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier. Ihre Crispr / Cas9-Entdeckung hat es geschafft Es gibt der Menschheit die Möglichkeit, die Software in lebenden Zellen spezifisch umzuschreiben.

Es kann verwendet werden, um einzelne Gene zu löschen oder zu deaktivieren sowie neue Gensequenzen in lebende Zellen einzuführen. Eingreifen Sie also direkt in den Programmcode, der in Milliarden von Jahren der Evolution erstellt wurde. Mit einem gewissen Fehlerrisiko.

Unter bestimmten Umständen ist das genauso riskant, wie es sich anhört: Gerade weil wir noch so wenig über die Verbindung zwischen Hardware und Software unserer Zellen wissen. Es gibt zahlreiche Risiken und mögliche Nebenwirkungen. Daher gab es weltweite Empörung, als der chinesische Forscher He Jiankui 2018 bekannt gab, dass er zwei menschliche Embryonen mit Crispr / Cas9 modifiziert und eine Frau Zwillinge zur Welt gebracht hatte. Er wurde schließlich zu drei Jahren Gefängnis und einer hohen Geldstrafe verurteilt.

Zellen mutieren, werden ausgewählt, mutiert, ausgewählt …

Die Versuchung, mit den Genomen lebender Menschen zu experimentieren, wird jedoch nicht nachlassen. Andere weniger brutale Methoden, wie die Hilfe für Kranke mit Crispr, sind vielversprechend. Wie die experimentellen Therapien für Sichelzellenanämie und das Hunter-Syndromentwickelt mit Cirspr.

Im Gegensatz zu Experimenten mit Embryonen wird nicht der gesamte Organismus genetisch manipuliert, sondern nur sehr spezifische Stammzellen, die beispielsweise für die Produktion von Blutbestandteilen verantwortlich sind. Zellen mit gebrochenem Code werden getötet, Zellen mit repariertem Code werden implantiert.

Generell scheint die gezielte Manipulation einzelner Zellen derzeit die interessanteste Anwendung aller neuen biotechnologischen Instrumente zu sein. Und das gilt nicht nur für menschliche Zellen.

Das Amerikanerin Frances Arnold wurde 2018 mit einem Nobelpreis für ein Verfahren ausgezeichnet Gezielte Evolution. Zellen, meistens Bakterien, werden wiederholt mutiert. Aus den Ergebnissen werden mehrere Kandidaten ausgewählt, die erneut mutiert werden sollen, und so weiter. Ziel ist es, Zellen herzustellen, die dann auf Befehl bestimmte Substanzen produzieren. Gentechnik und Biotechnologie basieren heute in vielen Fällen auf langfristigen Versuchs- und Fehlerketten.

Dinge, die Zellen noch nie getan haben

Wir Menschen haben Zellen für eine lange Zeit, am Anfang von Tausenden von Jahren, für uns arbeiten lassen, ohne es zu merken: Denken Sie nur an die Rolle, die fleißige, unsichtbare Mikroorganismen bei der Herstellung von Brot, Bier, Joghurt, Käse oder Alkohol spielen. Speziell für diesen Zweck gezüchtete Zellen arbeiten jedoch seit Jahrzehnten mit uns zusammen. Beispielsweise wurde bereits künstliches Insulin verwendet Erstmals hergestellt in den späten 1970er Jahren mit Hilfe der Gentechnik.

Sie können aber auch Zellen herstellen, die Substanzen produzieren, die es in der Natur noch nie gegeben hat. Frances Arnold und ihre Kollegen haben beispielsweise mit ihrer kontrollierten, beschleunigten Zellentwicklung bereits bemerkenswerte Durchbrüche erzielt. Zum Beispiel haben sie Es werden Zellen hergestellt, die Kohlenstoff, die Grundsubstanz aller lebenden Organismen, mit Silizium, der Grundsubstanz aller Computer, kombinieren können.

Solche Banden kommen in der Natur noch nicht vor. „Wir entdecken im Labor, dass die Physik die Chemie kontrolliert, von der wir nie geträumt haben“, sagte Arnold der New York Times im Jahr 2016. Menschen lassen Zellen jetzt Dinge tun, die Zellen noch nie zuvor getan haben.

400 Milliarden US-Dollar Umsatz pro Jahr

Die Produktion von Organismen, die auf Befehl die gewünschten Substanzen produzieren, ist seit langem ein großes Unterfangen. Nur in der Die USA haben Biotechnologieunternehmen Umsatz von mehr als 400 Milliarden US-Dollar im Jahr 2017. Das entspricht zwei Prozent des Bruttoinlandsprodukts.

Dieses Geschäft wird auch immer lukrativer, weil neben der raschen Entwicklung von Werkzeugen, für die Nobelpreise vergeben werden, eine zweite wissenschaftliche und technische Revolution stattfindet: Weil DNA nichts anderes als Software istAls Daten interagiert die wachsende Macht der Menschen über Gene mit der wachsenden Macht, die Maschinen uns geben.