Nobelpreis für Gen-Schere

Entdeckung mit Sprengkraft

Von Hildegard Kaulen und Joachim Müller-Jung
07.10.2020
, 19:03
Ingenieurstechnik aus der Petrischale: mit mikrobiologischen Experimenten an Bakterien fing alles an.
Der diesjährige Chemie-Nobelpreis für die Entwicklung der Gen-Schere markiert einen historischen Schnitt: Der Griff ins Erbgut wird Routine. Das weckt Hoffnungen und Erinnerungen. Einige davon sind zwiespältig.
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Von diesem Nobelpreis redet man seit Jahren, und von ihm wird man wohl noch Jahrzehnte, wer weiß, vielleicht auch im nächsten Jahrhundert noch sprechen. Das hängt ganz davon ab, wie viel von den zahllosen Utopien und Dystopien Wirklichkeit werden, die hier so eng zusammenlaufen wie vorher vielleicht nur bei der Atomspaltung, für die Otto Hahn 1944 den Chemie-Nobelpreis erhielt. Eine Auszeichnung von existentiellem Rang also.

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Für die „Entwicklung einer Methode zur Editierung des Genoms“ haben nun die am Berliner Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie tätige französische Mikrobiologin Emmanuelle Charpentier und die amerikanische Biochemikerin Jennifer Doudna von der University of California in Berkeley den diesjährigen Chemie-Nobelpreis erhalten. Wenn das Wort „verdient“ ein Superlativ hätte, es wäre, wissenschaftlich gesehen, auf die beiden anwendbar.

„Crispr-Cas9“ hat buchstäblich alles verändert im Labor

Die Entdeckung der beiden, die historisch gesehen praktisch über Nacht zum wichtigsten Werkzeug der Lebenswissenschaften und damit auch der Medizin und Pflanzenforschung geworden ist, hat die schwierigen Anfänge der Gentechnik vergessen gemacht – bei Forschern wohlgemerkt, bei Biotechnikern und auch bei der Wirtschaft. Die Gen-Schere „Crispr-Cas9“ hat buchstäblich alles verändert im Labor. Sie ist schon heute ein weltweites Milliardengeschäft. Aber wie auch bei der Entdeckung der Atomspaltung in den dreißiger Jahren liegt in dieser Entdeckung eine gewaltige gesellschaftliche Sprengkraft, über die sich schon in den wenigen Jahren seither jeder ein Bild machen konnte. „Ein elegantes System, den Code des Lebens umzuschreiben“, so beschrieb der Generalsekretär der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften, Göran Hansson, das „schärfste“ – weil genaueste – Werkzeug der Gentechniker. Für viele allerdings, die sich vor dem Editieren des Erbguts fürchten, ist die Gen-Schere dagegen eine der schärfsten und noch weitgehend ungeregelte Waffe.

Bild: dpa

Zwei Jahre ist es her, dass in China die ersten mit der Gen-Schere veränderten Menschen geboren wurden – unverantwortliche Menschenversuche und ein medizinethischer Tabubruch, der jetzt detailliert nachgezeichnet wurde.

Den Crispr-Fortschritt hat dieser Skandal keine Sekunde beeinträchtigt. Im Gegenteil: Mit der Gewissheit, endlich bald auch segensreiche Eingriffe ins Erbgut zu Heilzwecken nutzen und den Hunger der Welt durch eine gewaltig beschleunigte Nutzpflanzenzüchtung bekämpfen zu können, reift die Methode immer schneller. Ein technologisches Herrschaftsinstrument, das janusköpfig bleibt und doch längst als unentbehrlich gilt. Und noch etwas jenseits der gesellschaftlich-politischen Tragweite verbindet dieser Chemie-Nobelpreis mit dem von 1944: Heute wie damals preschte die Nobelpreisversammlung mutig vor, sprach die höchste Auszeichnung Otto Hahn zu, aber nicht etwa Fritz Straßmann, Lise Meitner oder Otto Frisch, die ähnlich weit vorn lagen in der Aufklärung der Atomspaltung.

Die französische Mikrobiologin Emmanuelle Charpentier, Direktorin am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin.
Die französische Mikrobiologin Emmanuelle Charpentier, Direktorin am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin. Bild: AFP

Diesmal sind es fast ein halbes Dutzend männliche Kandidaten, die ausgelassen wurden, und die den Weg ins Crispr-Zeitalter geebnet haben. Mit einigen davon liegen die Arbeitgeber der beiden Preisträgerinnen seit Jahren im Clinch um milliardenschwere Crispr-Patente – auch ein Grund, warum die Vergabe für viele überraschend kam und dennoch so voraussehbar war.

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Charpentier und Doudna hatten im August 2012 erstmals gezeigt, dass das Erbmolekül DNA im Reagenzglas und in Bakterien erfolgreich editiert werden kann. Wenige Monate später publizierten Feng Zhang und George Church vom MIT, dass die Gen-Schere auch in lebenden menschlichen Zellen funktioniert. Diese Nutzung ist eigentlich die interessantere Anwendung, weil sie den Weg in die Medizin eröffnet. Der Litauer Virginijus Šikšnys hatte das Verfahren unabhängig von Charpentier und Doudna entwickelt und seine Veröffentlichung auch früher eingereicht als die beiden Forscherinnen, allerdings lehnte die Fachzeitschrift „Cell“ sein Manuskript damals ab, so dass es erst drei Monate nach der Veröffentlichung von Charpentier und Doudna anderswo publiziert werden konnte. Da standen Doudna und Charpentier schon im Rampenlicht.

Entdeckt wurde die Gen-Schere in Bakterien, bei ihnen gehört sie quasi zum Immunsystem. Die Mikroben wehren sich damit gegen ihre Feinde, sogenannte Bakteriophagen. Wenn die Bakterien ihre erste Begegnung mit einem Bakteriophagen überleben, bauen sie ein kurzes Stück seiner DNA in ihr Erbgut ein, quasi als molekulares Erinnerungsfoto an den unterlegenen Feind. Die Stelle im Erbgut, an der diese Trophäen hinterlegt werden, ist der sogenannte „Crispr“-Locus („Clustered regulatory interspaced short palindromic repeats“). Jede an dieser Stelle hinterlegte DNA-Sequenz ist zum Abschuss freigegeben. Bakterien suchen ständig nach diesen Bedrohungen, indem sie genetische Abschriften der entsprechenden Sequenzen in der Zelle herumreichen. Finden sie eine solche Sequenz, wird sie sofort zerschnitten und vernichtet.

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Charpentier hat schon 2011 die Komponenten dieses Systems beschrieben und gezeigt, dass es wie ein Präzisionsskalpell funktioniert. Zusammen mit Doudna hatte sie dann die Idee, diese Gen-Schere derart herzurichten, dass sie jede beliebige DNA-Sequenz ansteuert und zerschneidet – und damit zum neuen Zauberstock für die Genchirurgie wird. Dafür haben sie die bakteriellen Komponenten nach allen Regeln der Kunst optimiert und perfektioniert. Der Clou ist eine programmierbare Führungssequenz, die die Stelle ausweist, die überarbeitet werden soll. Auf der Suche nach dieser Sequenz gleitet der Komplex mit dem Cas9-Enzym und der Führungs-RNA wie ein Schlitten über den DNA-Doppelstrang und prüft bei jedem Zwischenstopp, ob die mitgeführte Sequenz der jeweiligen Sequenzumgebung entspricht.

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Trifft das zu, wird das Erbgut an der Stelle zerschnitten. Passt die Umgebungssequenz nicht zu der mitgeführten Führungs-RNA, sucht die Gen-Schere weiter. Editiert und redigiert wird das Genom dann bei der Reparatur der offenen Doppelstrang-Enden nach dem Zerschneiden der DNA. Dabei kann das Erbgut durchaus an mehreren Stellen gleichzeitig überarbeitet werden. Das Anwendungspotential erweitert sich quasi wöchentlich: Crispr-Cas9 kann nicht nur Gene abschalten, verändern oder andere Gene ersetzen. Heute werden auch Corona- und Malaria-Tests damit entwickelt.

Die Molekularbiologin Jennifer Doudna von der University of California in Berkeley.
Die Molekularbiologin Jennifer Doudna von der University of California in Berkeley. Bild: EPA

Emmanuelle Charpentier wurde 1968 in Juvisy-sur-Orge in Frankreich geboren. Sie studierte Mikrobiologie, Genetik und Biochemie in Paris und promovierte am Institut Pasteur. Nach Stationen in New York, Memphis, Wien und Umea, kam sie 2013 auf eine Humboldt Professur nach Deutschland. Seit 2015 ist sie Direktorin am Max-Planck-Institut für Infektionsforschung in Berlin. Die Amerikanerin Jennifer A. Doudna wurde 1964 in Washington DC geboren und wuchs in Hilo auf Hawaii auf. Sie studierte Chemie am Pomona College in Kalifornien und promovierte an der Harvard Universität. Nach der Promotion arbeitete sie an der Universität Colorado und in Yale. Seit 2002 ist sie Professorin an der Universität Berkeley in Kalifornien.

Quelle: F.A.Z.
Joachim Müller-Jung- Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Joachim Müller-Jung
Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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