Erwarten von der Gentechnologie Grosses

Die Grundlagen der Gentechnologie, erklärte zu Beginn SIAF-Gruppenleiterin Katja Bärenfaller. Zuerst einmal stellte sie fest, dass Gene in jeder Zelle jeden Lebens stecken. Sie bestehen aus Desoxyribonukleinsäure, oder auf englisch abgekürzt: DNA. Bereits bei der Erklärung, wie die in den Genen enthaltenen Informationen nun ausgelesen werden, kam die inzwischen hinlänglich bekannte mRNA ins Spiel. Die deutsche Übersetzung des Begriffs ist Boten-Ribonukleinsäure. Ihre Aufgabe ist es, die in den Genen enthaltenen Anweisungen aus dem Zellkern zu kopieren, damit daraus jene Proteine entstehen, die schliesslich die Identität einer Zelle ausmachen.

Das Genom, also die Summe aller in den Genen enthaltenen Informationen, verändert sich ständig, meistens jedoch still, also ohne Effekt. «Auf einem ein Hektar grossen Weizenfeld gibt es im Jahr circa 20 Milliarden solcher Mutationen», gab Bärenfaller ein Beispiel. In der herkömmlichen Pflanzenzüchtung versucht man nun unter Zuhilfenahme von Bestrahlung oder Chemikalien, die Zahl der Mutationen zu erhöhen. Kommt es zu einer gewünschten oder positiven Veränderung wird damit weitergezüchtet. Doch ist dieses Verfahren äusserst aufwendig.

Direkt eingreifen

Eine Möglichkeit zum direkten Eingriff ist nun das CRISPR/Cas-System. Es ist Teil der Immunabwehr von Bakterienzellen. Bei einem Angriff wird dabei ein Stück der fremden DNA herausgeschnitten und in das eigene Genom integriert. Bei einem erneuten Kontakt erkennt das Bakterium den Angreifer und unterbindet eine Infektion, indem es gezielt seine DNA unterbricht. Seit man erkannte, dass dieser Mechanismus auch in anderen Zellen funktioniert, wird er genutzt, um gezielt Brüche im Doppelstrang der DNA zu erzeugen. Bei der hastig durchgeführten zelleigenen Reparatur entstehen meistens Fehler, die dazu führen, dass das ausgewählte Gen stillgelegt wird. Eine weitere Möglichkeit, solche Doppelstrangbrüche herbeizuführen, sind künstlich hergestellte Proteine, die zerstörerische Enzyme gezielt zu den spezifischen DNA-Abschnitten leiten. Auch hier entsteht das Resultat durch die fehlerbehaftete zelleigene Reparatur. Ausserdem wird bei beiden Methoden die Möglichkeit genutzt, bei dieser Reparatur einzelne DNA-Bausteine auszutauschen oder neue einzubauen.

Rote Gentechnologie

Mit der roten Gentechnologie beschäftigte sich anschliessend Michael Villiger, Leiter Diagnostik, Forschung und Lehre bei «Davos Sports and Health». Die verschiedenen Bereiche der Gentechnologie werden durch Farben gekennzeichnet. Grün ist alles, was sich mit Agrarwirtschaft beschäftigt. Rot ist die Anwendung im medizinischen und pharmazeutischen Bereich. Weiter gibt es noch weisse, graue und blaue Gentechnik mit einem jeweils spezifischen Anwendungsgebiet. Schon 1953 sei ein erstes DNA-Modell vorgestellt worden, berichtet Villiger. 1961 wurden zum ersten Mal Gene in Proteine übersetzt, und in den Jahren danach wurde herausgefunden, wie DNA-Stränge an festgelegten Stellen durchschnitten werden können. In den 1980er-Jahren wurde erstmals menschliches Insulin mithilfe gentechnisch veränderter Bakterien hergestellt, und seither ist ungefähr ein Drittel aller neu eingeführten Medikamente gentechnischen Ursprungs. Zur Anwendung kommen sie bei Diabetes, Krebs oder Multipler Sklerose, aber auch bei Stoffwechselerkrankungen oder Gerinnungsstörungen. Auch in der Diagnose und Prognose von Krankheiten können sie eingesetzt werden. Für die Zukunft erwartet man in der Medizin einen starken Anstieg von auf gentechnologischen Verfahren basierenden Therapien und Medikamenten. Speziell soll das Abwehrsystem eines Menschen gezielt angepasst werden oder das zum Individuum am besten passende Medikament gefunden werden können.

mRNA in der Therapie der Zukunft

Über die Anwendung der Gentherapie in der Forschung sprach zum Abschluss Sibylle Grad vom AO Forschungsinstitut. Dort forscht man daran, wie im Körper natürlich vorkommende regulatorische Proteine gezielt eingesetzt werden können. Sie greifen zum Beispiel beim Zellwachstum, beim Stoffwechsel und bei Heilungsprozessen ein. Das Problem dabei ist, dass sie nicht als Tabletten verabreicht werden können, da sie dann verdaut würden. Auch gespritzt würden diese regulatorischen Proteine zu schnell abgebaut. So setzt man auch hier auf Gentherapie. Am einfachsten geschieht das durch den Einsatz von mRNA, welche  die Zellen anregt, das gewünschte Protein zu produzieren. Das Problem dabei ist, dass mRNA sehr instabil ist und sehr rasch abgebaut wird. Darum wird intensiv an Wegen geforscht, wie die Boten-Ribonukleinsäure in die Zellen gelotst werden kann. Vielfach werden dazu Viren benutzt, aber auch Nanopartikel. Grad betonte jedoch, dass diese Verfahren nicht als Genmodifikationen bezeichnet werden können. «Die mRNA geht nicht ins Genom, sondern ist nur ein Ersatz für eine Proteintherapie.»

Das Webinar ist auf https://ngdavos.ch

Die Referierenden: Sibylle Grad, Stephan Zeiter (oben, v.l.); Michael Villiger und Katja Bärenfaller (unten).