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Analyse einer Hochtechnologie liefert Licht und Schatten

Wo steht die deutsche Gentechnologie heute, welche Wege soll sie nehmen, welche nicht? Der zweite Gentechnologiebericht der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften (bbaw) verbindet wie sein Vorgänger sachliche Bestandsaufnahme mit Politikberatung in Form von Handlungsempfehlungen.

Der 460 Seiten starke Bericht (Untertitel: Analyse einer Hochtechnologie) schreibt den ersten von 2005 fort: Das Autorenteam aus Medizinern, Geistes- und Naturwissenschaftlern hat beobachtet, wie sich in der Zwischenzeit Grundlagenforschung, Gendiagnostik und grüne Gentechnik entwickelt haben. Gleich geblieben ist der ganzheitliche, querschnittsorientierte Ansatz.

Neu: Stammzellen, Gentherapie und „ethisches Assay“

Aufschlussreich ist, was das „Observatorium“ (Selbsteinschätzung) neu aufgenommen hat: die Forschung an pluripotenten humanen Stammzellen und die somatische Gentherapie. Ein Novum, auf das die Autoren stolz verweisen: Ordnung in die auf einzelne Bereiche beschränkte und unübersichtliche ethische Debatte soll eine übergreifende Argumentationstypologie bringen.

Forschung an allen Stammzellsystemen erforderlich

© BBAW

Die Forschung an pluripotenten humanen (embryonalen wie adulten) Stammzellen, insbesondere an induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) entwickelt sich nach Meinung der Autoren zu einer Schlüsseltechnologie der Biomedizin. Neben der langfristigen Zellersatztherapie zeichnen sich Anwendungen „für die Krankheitsursachen- und Wirkstoffforschung sowie für die Pharmakologie und Toxikologie“ ab. Alternative, aus adulten (und ethisch wenig umstrittenen) Stammzellen gewonnene iPS-Zellen können derzeit embryonale Stammzellen nicht ersetzen, Forschung an allen Stammzellsystemen sei deshalb erforderlich.

Der Einsatz humaner iPS-Zellen sollte sich beschränken auf die Grundlagenforschung, Pharmakologie, Toxikologie und In-vitro-Verfahren für Geweberegeneration und Zelltherapie. Die für möglich gehaltene Erzeugung von Keimzellen aus iPS-Zellen soll sich innerhalb strikter ethischer Normen nach Ansicht der Autoren auf Untersuchungen in der Kulturschale beschränken. Für etwaige therapeutische Anwendungen aus reprogrammierten iPS-Zellen schlagen die Autoren ein Vorgehen analog dem bei embryonalen Stammzellen vor.

Gendiagnostik wird immer wichtiger

Molekulargenetische Diagnostik ist in der medizinischen Praxis von „zentraler Bedeutung“. Binnen eines halben Jahres hat sich die Zahl der identifizierten Gene, die überwiegend Krankheiten verursachen, verdoppelt. Problematisch bleibt hingegen die Unterscheidung krankmachender von neutralen DNA-Varianten (copy number variants), was nur große Kohortenstudien lösen könnten. Trotz allen Fortschritts, der die 1000-Dollar-Sequenzierung des menschlichen Genoms bald ermögliche, warnen die Autoren vor überzogenen Erwartungen: „Bereits jetzt zeichnet sich ab, dass die individuellen Unterschiede auf DNA-Niveau noch weitaus größer sind als bisher bereits angenommen; das wird die Erkennung medizinisch relevanter Sequenzveränderungen zusätzlich erheblich verkomplizieren.“

Kollektive Versicherung für die gesamte Bevölkerung

Auswählen und Schwerpunkte setzen müssen Gesundheitsforschung und Krankenversorgung bei der rasant fortschreitenden molekulargenetischen Diagnostik. Welche Gentests sind sinnvoll und sollten deshalb vom Gesundheitssystem finanziert werden? Ein nach britischem Vorbild organisiertes Fachgremium sollte klären, welche pathogenetisch wichtigen Veränderungen erforscht und welche Patientenkohorten gefördert und eingerichtet werden sollen. Das Autorenteam befürwortet eine EU-einheitliche Regelung im Umgang mit Biobanken sowie eine Konzentration der klinischen Genetik auf wenige große Zentren. Dem Solidarprinzip gehorchend empfehlen die Experten eine kollektive Versicherung für die gesamte Bevölkerung, die alle Krankheitsrisiken abdeckt.
Mit dem Gendiagnostikgesetz darf die Diskussion nicht beendet sein. Die deutsche Gesellschaft hat hier nach Ansicht der Autoren anders als dies bei Nachbarländern der Fall ist, deutlichen Nachholbedarf: Die Gesellschaft muss über die Konsequenzen der Genomforschung und Gendiagnostik umfassend informiert werden.

Vektoren besitzen häufig die Fähigkeit, viele verschiedene Zelltypen zu transduzieren. Durch das "vector targeting" können Vektoren so verändert werden, dass sie nur den gewünschten Zelltyp transduzieren. Eine Möglichkeit ist die Verwendung eines Kopplungsmoduls, das Vektor und Zielzelle miteinander verbindet, wie zum Beispiel bi-spezifische Antikörper (a). Alternativ können Liganden in die Außenhülle eingebaut werden, die diese Interaktion vermitteln (b). Wichtig ist in jedem Fall die Unterbindung der natürlichen Liganden-Rezeptor-Interaktion. © BBAW

Somatischer Gentherapie fehlen private Financiers

Im Aufwind befindet sich nach Rückschlägen die somatische Gentherapie, wo Vektor- und Gentransfertechnologien effizienter und nebenwirkungsärmer werden und sogar „klinische Reife“ in näherer Zukunft erreichen könnten. Allerdings konstatieren die Autoren bei klinischen Studien zur Gentherapie eine Stagnation. Öffentliche Förderung (DFG, BMBF) gleicht nach Ansicht der Autoren die fehlende private Finanzierung nicht aus. Ein Rückgang in klinischer Forschung und Anwendungen droht „in naher Zukunft“.

Gentherapeutische Ansätze mit Tissue Engineering zu kombinieren halten die Autoren für wahrscheinlich, wenn die Entwicklung und Anwendung von iPS-Zellen so rasch wie bisher voranschreitet. Zu einem gewichtigen Problem könnte sich das Gendoping auswachsen, wenn Vektoren immer sicherer und die Kontrollen im Hochleistungssport immer engmaschiger werden, warnen die Autoren.

Grüne Gentechnik: Großes Potenzial bei geringer Akzeptanz

Transgene Pflanzen zur Herstellung industrieller Grundstoffe, Pharmazeutika oder von Biotreibstoffen der zweiten Generation, verbesserte Nährstoffzusammensetzung und -nutzungseffizienz oder optimierte Kulturpflanzen für Dritt- und Schwellenländer: Das theoretische Potenzial grüner gentechnologischer Grundlagenforschung ist nach Ansicht der Autoren beträchtlich und unterstützenswert. Allein in Deutschland fehlen Akzeptanz und eine einheitliche Politik. Es drohe die Abwanderung eines Forschungszweigs. Zugelassene transgene Pflanzen schaden nach Stand der Wissenschaft weder Mensch noch Natur, weshalb die Autoren das faktische Anbauverbot der EU unter dem Vorwand der Vorsorge als Missbrauch sehen. Landwirte müssten sich auch in Zukunft für oder gegen den gentechnischen Anbau entscheiden dürfen, Patente dürften nur auf Erfindungen, nicht auf bloße Gensequenzen, wie sie auch in herkömmlichen Landsorten enthalten sind, vergeben werden.

Schlüssel für viele Probleme: Genomforschung und Systembiologie

Einer beispielhaften Analyse wurden vier Bereiche grundlagenorientierter Forschung unterzogen: Genomforschung und Systembiologie, Genomsequenzierung, RNA-Technologien und Epigenetik. Eine nachhaltige Förderung von Genomforschung und Systembiologie befürworten die Autoren des zweiten Gentechnologieberichts. Sie sehen darin den „Schlüssel zu vielen der medizinischen und volkswirtschaftlichen Probleme“ heutiger Gesellschaften.

Besonders förderwürdig seien RNA-Technologien, deren Einsatzspektrum Grundlagenforschung wie auch Anwendungen (Nukleinsäurechips, Fertigung von Eiweißprodukten zur Krebstherapie, Nukleinsäure-Pharmakologie) umfasst. Die in jüngster Vergangenheit entdeckte Epigenetik stellt nach Meinung der Autoren eines der besonders förderungswürdigen „zentralen Felder der Grundlagenforschung dar“, da es Aussicht auf breite Anwendungen wie Antikörper-Produktion, Therapieansätze sowie Erzeugung und Verwendung von Stammzellen eröffne.

Ordnung in die oft kakophonisch verlaufende ethische Debatte um mögliche Folgen gentechnologischer Anwendung will diese Argumentationsmatrix bringen. © BBAW

Zur Beschreibung „weicher“ Phänomene, die für die ethische Diskussion über Gentechnologie typisch sind, hat die Arbeitsgruppe um Bernd Müller-Röber und Ferdinand Hucho eine Art neutrales Argumentations-Assay entwickelt, womit sich die moralischen Bewertungsmuster und deren Zusammenhänge erschließen lassen. Vier Oppositionspaare umfasst die Argumentationstypologie: deontologisch/teleologisch, Menschenwürde/Tierwürde, biokonservativ/bioliberal und natürlich/künstlich. Statt bloßer Deskription werde damit, so Kristian Köchy, Philosoph an der Universität Kassel und Mitglied der Arbeitsgruppe, „schnell klar, wie unterschiedliche ethische Sichtweisen die sonst so undurchsichtigen Debatten prägen".

Literaturhinweis:
Bernd Müller-Röber, Mathias Boysen, Boris Fehse, Ferdinand Hucho, Kristian Köchy, Jens Reich, Hans-Jörg Rheinberger, Hans-Hilger Ropers, Karl Sperling, Anna M. Wobus: Zweiter Gentechnologiebericht. Analyse einer Hochtechnologie. (Forschungsberichte der interdisziplinären Arbeitsgruppen, Band 23, hrsg. von der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften, Dornburg 2009

Glossar

  • Antikörper sind körpereigene Proteine (Immunglobuline), die im Verlauf einer Immunantwort von den B-Lymphozyten gebildet werden. Sie erkennen in den Körper eingedrungene Fremdstoffe (z. B. Bakterien) und helfen im Rahmen einer umfassenden Immunantwort, diese zu bekämpfen.
  • Desoxyribonukleinsäure (DNS / DNA) trägt die genetische Information. In den Chromosomen liegt sie als hochkondensiertes, fadenförmiges Molekül vor.
  • Ein Expressionsvektor ist eine Genfähre, mit der man ein Gen für ein bestimmtes Protein in eine Wirtszelle (z.B. E. coli, Hefezellen) einschleusen kann. Außerdem ermöglicht der Expressionsvektor die Umsetzung des Gens in das Protein in der Wirtszelle, da er alle nötigen Regulationselemente hierfür enthält.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Eine Gendiagnose ist ein Verfahren zur Feststellung von genetischen Veränderungen, die z. B. eine erbliche Erkrankung oder eine genetisch bedingte Empfindlichkeit verursachen.
  • Das Genom ist die gesamte Erbsubstanz eines Organismus. Jede Zelle eines Organismus verfügt in Ihrem Zellkern über die komplette Erbinformation.
  • Gentechnik ist ein Sammelbegriff für verschiedene molekularbiologische Techniken. Sie ermöglicht, DNA-Stücke unterschiedlicher Herkunft neu zu kombinieren, in geeigneten Wirtszellen zu vermehren und zu exprimieren.
  • Ein Gentransfer besteht in der Übertragung eines Gens in Empfängerzellen.
  • Keimzellen sind die Geschlechtszellen (Eizellen, Spermien) eines Organismus .
  • Nukleinsäure ist der Oberbegriff für DNA und/oder RNA.
  • Pathogenität ist die Fähigkeit, eine Krankheit zu verursachen. Man unterscheidet zwischen human-, tier- und pflanzenpathogenen Erregern, die eine Krankheit spezifisch bei Mensch, Tier oder Pflanze hervorrufen.
  • Die Ribonukleinsäure (Abk. RNS oder RNA) ist eine in der Regel einzelsträngige Nukleinsäure, die der DNA sehr ähnlich ist. Sie besteht ebenfalls aus einem Zuckerphosphat-Rückgrat sowie einer Abfolge von vier Basen. Allerdings handelt es sich beim Zuckermolekül um Ribose und anstelle von Thymin enthält die RNA die Base Uracil. Die RNA hat vielfältige Formen und Funktionen; sie dient z. B. als Informationsvorlage bei der Proteinbiosynthese und bildet das Genom von RNA-Viren.
  • Nukleotidsequenzen sind Abfolgen der Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin auf der DNA (bzw. Uracil statt Thymin bei RNA).
  • a) DNA-Sequenzierung ist eine Methode zur Entschlüsselung der Erbinformation durch Ermittlung der Basenabfolge. b) Protein-Sequenzierung ist eine Methode zur Ermittlung der Aminosäurenabfolge.
  • Die somatischen Gentherapie dient der Kompensation von Gendefekten. Dabei wird die korrekte Form des defekten Gen in Körperzellen eingeschleust.
  • Transgene Organismen sind Organismen (Mikroorganismen, Tiere, Pflanzen), denen mit Hilfe gentechnischer Methoden ein fremdes Gen eingeführt worden ist, das von Generation zu Generation weitervererbt wird. Transgene Organismen sind somit gentechnisch veränderte Organismen. (GVO)
  • Ein Vektor ist ein DNA-Vehikel, das sich in einer Zelle autonom replizieren (vervielfältigen) kann und mit dessen Hilfe Fremd-DNA in eine Zelle eingeschleust wird. Vektoren (Plasmid, Phage oder Virus) sind wichtige Werkzeuge der Gentechnik zum Klonieren rekombinanter DNA.
  • Embryonale Stammzellen sind Zellen, die aus dem frühen Blastozystenstadium von Embryonen, die durch künstliche Befruchtung entstehen, oder aus primordialen Keimzellen von fünf- bis neunwöchigen abgetriebenen Föten, gewonnen werden. Embryonale Stammzellen können in Gewebekultur praktisch unbegrenzt ohne Anzeichen des Zellalterns vermehrt werden und sind pluripotent, d. h. sie haben die Fähigkeit, sich zu vielen, möglicherweise allen der ungefähr 200 verschiedenen Zelltypen des Körpers zu differenzieren.
  • Zellen, die fähig sind sich zu jedem anderen Zelltyp des Körpers zu differenzieren, werden als pluripotent bezeichnet. Anders als totipotente Zellen können sie aber keinen neuen Organismus bilden.
  • Stammzellen sind Zellen, die die Fähigkeit zur unbegrenzten Zellteilung besitzen und die sich zu verschiedenen Zelltypen ausdifferenzieren können. Stammzellen können aus Embryonen, fötalem Gewebe und aus dem Gewebe Erwachsener gewonnen werden. In Deutschland ist die Gewinnung embryonaler Stammzellen verboten.
  • Tissue Engineering beruht darauf, lebende Zellen eines Organismus außerhalb eines Körpers zu kultivieren und ggf. mit extrazellulären Komponenten biologischer oder synthetischer Art zu kombinieren. Anschließend werden die bioartifizellen Regenerate oder Konstrukte wieder in den Organismus implantiert.
  • Transgene Pflanzen sind Pflanzen, denen mittels Gentechnik ein oder mehrere fremde Gene ins Erbgut eingebaut wurden. Anwendungsbereiche transgener Pflanzen sind: Herbizidtoleranz, Insektenresistenz, Virenresistenz, Stresstoleranz gegenüber Hitze und erhöhtem Salzgehalt, Steigerung des Nährwertes, verzögerte Reife von Tomaten sowie Sterilität männlicher Pflanzen oder veränderte Farbgebung.
  • Unter Zelltherapie versteht man die Behandlung von Patienten mit lebenden Zellen, um kranke Zellen zu ersetzen oder durch neue, voll funktionsfähige Zellen zu unterstützen.
  • Die Molekularbiologie beschäftigt sich mit der Struktur, Biosynthese und Funktion von DNA und RNA und und deren Interaktion miteinander und mit Proteinen. Mit Hilfe von molekularbiologischen Daten ist es zum Beispiel möglich, die Ursache von Krankheiten besser zu verstehen und die Wirkungsweise von Medikamenten zu optimieren.
  • Mit einem Gentest können durch die Analyse der DNA Rückschlüsse auf verschiedene Merkmale eines Individuums gezogen werden. Ein Gentest kann zur Aufklärung medizinisch-diagnostischer Fragen wie der genetischen Ursache einer Krankheit oder der Untersuchung von Krankheitsanfälligkeiten dienen. DNA-Analysen werden auch durchgeführt, um einen sogenannten Genetischen Fingerabdruck zu erstellen, mit dem Identitäts- und Verwandtschaftsfragen geklärt werden können.
  • kb ist die Abkürzung für Kilobase. Diese Einheit für die Länge von DNA- oder RNA-Molekülen entspricht 1.000 Basen bzw. Basenpaaren der Nukleinsäure.
  • Molekular bedeutet: auf Ebene der Moleküle.
  • Die Pharmakologie ist eine Wissenschaft, die sich mit der Wechselwirkung zwischen Arzneimitteln und Organismen befasst. Dabei gibt es zwei Verfahren zur Beurteilung: Die Pharmakokinetik beschreibt die Aufnahme, Verteilung, Verstoffwechselung und Ausscheidung des Wirkstoffs, die Pharmakodynamik beschreibt die Wirkung des Arzneimittels im Organismus.
  • Ein Assay ist ein standardisierter Reaktionsablauf zum Nachweis einer Substanz mit einer spezifischen Methode (Bsp.: ELISA).
  • Die Epigenetik beschäftigt sich mit den vererbbare Veränderungen in der Genexpression, die nicht auf Abweichungen in der Sequenz der DNA zurückzuführen sind.
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung
Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/analyse-einer-hochtechnologie-liefert-licht-und-schatten/