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INTERVIEW. CRISPR-Cas9: Sind wir bereit für eine Gen-Editing-Gesellschaft?

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Die 2013 entdeckte CRISPR-Cas9 neue revolutionäre Technik der Genaufbereitung wurde viel diskutiert.

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Ist es eine Wunderlösung zur Behandlung genetischer Krankheiten? Ein neuer Weg, schneller und einfacher, um GVO herzustellen? Oder ein mächtiges Werkzeug, um den Menschen zu erweitern und eine neue, widerstandsfähigere menschliche Art zu schaffen? Mit dem CRISPR-Designer-Baby-Skandal im November diskutiert die wissenschaftliche Gemeinschaft darüber, ob ethische Regeln und Vorschriften auf internationaler Ebene eingeführt werden sollen. Wir sprachen mit Richard Sherwood, Assistant Professor of Medicine an der Brigham and Women's Hospital in der Harvard Medical School (Boston), über die Vor- und Nachteile dieser Technologie. Er entwickelte InDelphi, einen Algorithmus, der CRISPR-Reparaturergebnisse vorhersagen kann.

ME e-mag: Können Sie kurz erklären, wie CRISPR-Cas9 funktioniert?

R. Sherwood: CRISPR-Cas9 ist ein bakterielles Immunsystem gegen Viren. Bakterien haben eine Methode entwickelt, um bestimmte DNA-Sequenzen zu erkennen und dann das Cas9-Enzym, das ein molekulares Scherenpaar ist, zu verwenden, um diese DNA-Sequenz zu zerkleinern, die das Virus im Grunde genommen tötet. Was Forscher in der Lage gewesen sind, über 20 Jahre der Forschung zu tun, ist, dieses System zu entführen, damit jetzt gerade indem sie das Cas9 Enzym zu jeder möglicher DNA-Sequenz Ihrer Wahl in einer menschlichen Zelle führen, Sie das Cas9 Enzym veranlassen können, diese Sequenz zu schneiden. Dann passiert, dass die menschliche Zelle, im Gegensatz zum Virus, nicht einfach stirbt, sondern einen Weg findet, diesen Schnitt zu reparieren. Diese Reparatur führt oft zu einer Mutation.

Das ist wirklich das Herzstück des CRISPR Cas9 Feldes: DNA-Mutationen verursachen."

Das ist wirklich das Herzstück des CRISPR Cas9-Feldes: die Ursache von DNA-Mutationen. Aus Forschungssicht ist es unglaublich nützlich, da viele erbliche Erbkrankheiten und auch Krebserkrankungen tatsächlich durch DNA-Mutationen verursacht werden. Vor CRISPR-Cas9 war es ziemlich schwierig, diese Mutationen zu induzieren oder nachzuahmen, so dass es sehr schwierig war, genetische Krankheiten zu untersuchen. Mit CRISPR-Cas9 wurde dieser Prozess wesentlich vereinfacht und beschleunigt.

ME e-mag: Wird CRISPR-Cas9 bereits am Menschen eingesetzt?

R. Sherwood: Es gibt eine Menge Aufregung im Moment, weil es viele genetische Krankheiten gibt und CRISPR ist eine Technik, um diese Krankheiten zu heilen. Aber die klinische Anwendung wird länger dauern. Es gibt derzeit klinische Studien zur Anwendung von CRISPR-Cas9 in der Therapie, aber noch keine zugelassenen Anwendungen. Es wird wahrscheinlich in den nächsten fünf Jahren geschehen. Die Fähigkeit, diese Technologie auf menschlichen Zellen anzuwenden, wurde erst vor sechs Jahren entdeckt. Es ist also noch nicht lange genug her, dass die ersten Therapien entwickelt wurden.

Die CRISPR "Designer" Babys

ME e-mag: Aber im November schockierte ein chinesischer Wissenschaftler die Welt, als er verkündete, dass er die ersten Babys geschaffen hatte, die mit CRISPR genetisch bearbeitet wurden....

R. Sherwood: Das nennt man Keimbahn-Genbearbeitung. Alle klinischen Studien, die derzeit durchgeführt werden, machen das, was als somatische Genbearbeitung bezeichnet wird, bei der man einen erwachsenen Patienten nimmt und versucht, die Gene zu bearbeiten, die eine genetische Krankheit tragen könnten. Dieser Forscher in China behauptete, dass er tatsächlich die Gene eines befruchteten Eies bearbeitet und daraus Babys (Zwillingsschwestern) gemacht habe.

Es ist bekannt, dass es eine Reihe von möglichen Einschränkungen von CRISPR gibt, die das verursachen können, was wir "Off-Target-Effekte" nennen - wo es im Grunde genommen nicht nur das, was man brechen will, sondern auch etwas anderes in seinem Genom brechen kann

Es wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft ziemlich allgemein verurteilt, denn obwohl es sich um ein vielversprechendes Forschungsgebiet handelt, wurden die Vor- und Nachteile nicht annähernd genug untersucht, um zu wissen, dass dies für ein Baby etwas Sicheres sein könnte. Es ist bekannt, dass es eine Reihe von möglichen Einschränkungen von CRISPR gibt, die das verursachen können, was wir "Off-Target-Effekte" nennen - wo es im Grunde genommen nicht nur das, was man brechen will, sondern auch etwas anderes in seinem Genom brechen kann. Selbst wenn das mit einer sehr niedrigen Rate passiert, ist es eine Sache, wenn man das bei einem erwachsenen Patienten macht und möglicherweise mit den Folgen umgeht, und es ist eine andere Sache, wenn man das bei einem Baby macht. An dieser Stelle gibt es keine Gesetze, aber die Mehrheit der Gemeinschaft hat weitgehend entschieden, dass dies keine angemessene Anwendung ist.

Der andere Grund, warum es nicht viel Begeisterung für die Verwendung auf der Keimbahn gibt, ist, dass wir bessere Techniken haben. Wenn Sie wissen, dass eine genetische Krankheit in Ihrer Familie vorkommt, gibt es Techniken wie die Embryonenauswahl, bei der Sie Embryonen auswählen können, von denen Sie wissen, dass sie dieses Krankheitsgen nicht haben. Bis die Forschung weiter voranschreitet, gibt es also keinen Grund, warum CRISPR ein besserer Ansatz wäre.

CRISPR und Künstliche Intelligenz

ME e-mag: Könnten Sie uns mehr über InDelphi erzählen?

R. Sherwood: Die Motivation für das, was wir getan haben, ist, dass die meisten Menschen CRISPR benutzt haben, um Gene zu brechen. Ich benutze oft diese Analogie: Wenn du einen Hammer hast, ist der einfachste Weg, ihn zu benutzen, etwas zu brechen, aber du kannst ihn auch benutzen, um eine Skulptur zu meißeln und herzustellen, wenn du ihn richtig benutzt. Das ist es, was wir uns angesehen haben: Können wir Cas9 auf eine verfeinerte Art und Weise nutzen, um zu wissen, was wir tun, und in einigen Fällen tatsächlich in der Lage sein, gebrochene Gene zu reparieren?

Der eigentliche Prozess, den wir uns angesehen haben, ist das, was in einer Zelle passiert, nachdem die DNA dieser Zelle mit CRISPR geschnitten wurde. Wir haben herausgefunden, dass, wenn eine Zelle geschnitten wurde, die Reparatur nicht zufällig ist; es gibt sehr spezifische Möglichkeiten, wie die Zelle die Schnitte von CRISPR repariert. So konnten wir maschinelles Lernen nutzen, um ein Computerprogramm zu haben, das vorhersagen kann, wie dies geschieht. Was wir also jetzt tun können, und das war bisher nicht möglich, ist, wenn CRISPR an eine Stelle im Genom geleitet wird, können wir tatsächlich vorhersagen, welche Art von Mutationen verursacht werden.

Unser Algorithmus war in der Lage, Muster zu finden, und eines der wirklich überraschenden Dinge, die dabei herauskamen, war, dass es bestimmte Stellen im Genom gibt, an denen die Zelle, wenn CRISPR schneidet, im Grunde genommen eine dominante Möglichkeit hat, diesen Bruch zu reparieren."

ME e-mag: Woher weiß die Maschine das? Wie trainiert man es?

R. Sherwood: Wir tun dies, indem wir viele und viele Daten generieren. Wir haben einen Ansatz entwickelt, bei dem wir CRISPR auf Tausende von verschiedenen Stellen im Genom ausrichten und überwachen können, welche Art von Mutationen es verursachen kann. Das war ein reichhaltiger Datensatz, der Hunderte von Millionen von tatsächlichen DNA-Mutationen enthielt. Mit diesem beispiellos großen Datensatz über die Arten von Mutationen, die durch CRISPR verursacht werden, konnten wir den Algorithmus trainieren, um nach Mustern zu suchen. Es war in der Lage, Muster zu finden, und eines der wirklich überraschenden Dinge, die dabei herauskamen, war, dass es bestimmte Stellen im Genom gibt, an denen die Zelle, wenn CRISPR schneidet, im Grunde genommen eine dominante Möglichkeit hat, diesen Bruch zu reparieren.

Es ist, als ob man ein Stück Glas zerbricht, man erwartet, dass es in mehrere Stücke zerbricht und man kann nicht vorhersagen, welche Art von Stücken man bekommt. Was wir gezeigt haben, ist, dass, wenn man ein Stück Glas (an einer bestimmten Stelle) zerbricht, es immer auf eine bestimmte Weise zerbricht.

ME e-mag: Wie können Sie sicher sein, dass die Vorhersagen der Maschine korrekt sind?

R. Sherwood: Im Bereich des maschinellen Lernens gibt es ziemlich standardisierte Möglichkeiten, die Genauigkeit zu testen. Im Allgemeinen trainieren Sie Ihr Programm auf 80 oder 90% Ihrer Daten und verwenden dann die restlichen 10 oder 20%, um zu testen, wie gut der Algorithmus funktioniert. Unser Algorithmus war bei der Vorhersage der Reparaturereignisse äußerst genau. Seitdem haben wir tatsächlich einen ganzen anderen Satz von Tausenden von gebrochenen Stellen im Genom gemacht und festgestellt, dass der Algorithmus ebenso genau darin war, vorherzusagen, was an diesen Stellen passiert ist.

Wir haben das nur bei Zellen in einer Schale gemacht. Bevor wir jemals darüber nachdenken würden, es therapeutisch am Patienten anzuwenden, wollen wir es in Tiermodellen und schließlich an klinisch relevanteren Stellen testen.

ME e-mag: Warum zögerst du so sehr, es an Patienten zu testen? Was könnten die Risiken für sie sein?

R. Sherwood: Wir wollen wirklich vorsichtig sein, denn die größte Gefahr besteht darin, unbeabsichtigte Mutationen zu verursachen. Grundsätzlich haben Sie eine Schere, die in das Genom eindringt, und mit Ihrer spezifischen Führungs-RNA können Sie diese Schere anweisen, eine bestimmte Stelle im Genom zu schneiden. Aber ab und zu wird es einen Fehler machen und an einer anderen Stelle im Genom schneiden.

Wir wollen wirklich vorsichtig sein, denn die Hauptgefahr besteht darin, unbeabsichtigte Mutationen zu verursachen."

Angenommen, Sie wollen unsere Technik nutzen, um ein Gen in der Leber eines Patienten zu korrigieren. Es gibt über eine Milliarde Leberzellen, also versuchen wir, das Gen in einer Milliarde Leberzellen zu korrigieren. Die Off-Zielrate von CRISPR liegt bei etwa 1%. Das bedeutet immer noch, dass es zehn Millionen Zellen gibt, die eine Art unbeabsichtigte Mutationen erhalten werden, also ist das eine sehr große Zahl. Das ist der Grund, warum, wenn Sie versuchen, Gene auf einer so großen Anzahl von Zellen zu korrigieren, der Balken, wie genau Sie sein müssen, weit höher ist als das, was wir derzeit getan haben, um genetische Krankheiten in Zellen in einer Schale zu erforschen. Wir wissen nicht wirklich, welche Arten von Schäden wir verursachen können - deshalb müssen wir viel mehr forschen, bevor wir sie am Patienten anwenden.

CRISPR und Krebs

ME e-mag: Ist CRISPR die Wundertherapie der Zukunft?

R. Sherwood: Ich denke, es gibt einen Unterschied zwischen dem Verständnis und der Behandlung von Krankheiten. Aus der Sicht des Verständnisses hat CRISPR das Feld der Genetik wirklich verändert, und ich denke nicht, dass es zu viel ist, um zu sagen, dass es eine Revolution ist. Ein Haupteinsatzgebiet von CRISPR ist die Genforschung. Früher war es sehr schwer, genetische Krankheiten zu verstehen, während CRISPR es viel einfacher gemacht hat. Sie können tatsächlich die genaue Mutation erzeugen, die ein Patient entweder bei einer genetischen Erkrankung oder bei Krebs hat. Dadurch können Sie zum Beispiel die Unterschiede in den Krebszellen eines Patienten im Vergleich zu den Nichtkrebszellen viel besser verstehen.

Für die Behandlung von Krankheiten gibt es keine einzige CRISPR-Behandlung, die derzeit in den USA oder in Europa zugelassen ist. Ich denke, um zu wissen, ob es sich wirklich um eine Revolution in der Patientenbehandlung handelt, müssen wir noch abwarten.

Krebs ist ein sehr hartes Problem, denn wenn man Krebs hat, neigt man dazu, eine Milliarde, manchmal sogar eine Billion von Krebszellen in seinem Körper zu haben. Und Krebszellen sind sehr gut darin, sich im Körper zu verstecken."

ME e-mag: Wird es in der Lage sein, eines Tages Krebs zu heilen?

R. Sherwood: Sicherlich gibt es genetische Krankheiten, die mit CRISPR behandelt werden könnten, aber ich denke, es wäre sehr schwierig, CRISPR zur Behandlung von Krebs einzusetzen. Krebs ist ein sehr hartes Problem, denn wenn Sie Krebs haben, neigen Sie dazu, eine Milliarde, manchmal sogar eine Billion Krebszellen in Ihrem Körper zu haben. Und Krebszellen sind sehr gut darin, sich im Körper zu verstecken, also selbst wenn wir einen Weg gefunden haben, CRISPR zu verwenden, um Krebszellen zu töten, wäre die Herausforderung, CRISPR an jede Krebszelle zu liefern. Es wird noch lange dauern, bis wir Krebs mit CRISPR behandeln.

Erweiterung des Menschen

ME e-mag: Was ist mit der Anwendung von CRISPR bei gesunden Menschen? Biohacker Josiah Zayner behauptet, dass er CRISPR auf seiner eigenen DNA verwendet hat. Was denkst du denn?

R. Sherwood: Im Moment ist meine Vermutung, dass die Leute, die behaupten, CRISPR außerhalb des medizinischen Systems zu verwenden, nicht wirklich etwas Hilfreiches tun. Im medizinischen Bereich haben wir eine sehr gut getestete Methode, um festzustellen, ob etwas für Patienten nützlich ist, die als klinische Studien bezeichnet wird. Ich würde den Dingen außerhalb der klinischen Studien nicht viel glauben.

ME e-mag: Wer kann die CRISPR-Technologie nutzen? Ist es einfach?

R. Sherwood: Ja und das ist einer der Gründe, warum CRISPR so revolutionär ist: Für Wissenschaftler ist es extrem einfach zu bedienen. Es ist wirklich am besten in einem Labor geeignet, da Sie sowohl das Cas9-Enzym als auch die Führungs-RNA in Ihre Zelle einbringen müssen. Es gibt sehr gut verteilte Tools, die das im Labor sehr einfach machen. Dies funktioniert so ziemlich bei jeder Art von Tier oder Pflanze. Außerhalb eines Labors weiß ich nicht, welche Art von Leuten versuchen, einige Experimente durchzuführen, aber CRISPR ist sicherlich für jeden Wissenschaftler zugänglich. Sie können tatsächlich alle Werkzeuge, die Sie benötigen, einschließlich des Cas9-Proteins selbst, das jemand anderes gereinigt hat, von medizinischen Unternehmen kaufen.

ME e-mag: Was ist mit der transhumanistischen Perspektive, CRISPR zu nutzen, um erweiterte Menschen zu erschaffen?

R. Sherwood: Auf lange Sicht, ja, ich denke, es könnte verwendet werden, um Menschen zu vergrößern, weil es eine Technologie ist, die Gene verändern kann. Aber wir benutzen es seit sehr kurzer Zeit, und wie gesagt, wir haben auch gesehen, dass es unbeabsichtigte Folgen haben kann. Wir befinden uns noch in einem so frühen Stadium der Forschung, dass der Gedanke, es für etwas zu verwenden, das eine genetische Krankheit nicht korrigiert, für mich sehr verfrüht ist, weil wir die langfristigen Auswirkungen nicht verstehen. Selbst bei Mäusen oder Tieren verstehen wir wirklich nicht, was Jahre nach der CRISPR-Therapie passieren kann.

Auf lange Sicht, ja, ich denke, es könnte verwendet werden, um den Menschen zu vergrößern, denn es ist eine Technologie, die Gene verändern kann."

Es gibt einige Beispiele für Fälle, in denen die Menschen begonnen haben, darüber nachzudenken, wie wir CRISPR bei gesunden Patienten einsetzen können, um Krankheiten zu verhindern. Es gibt einen Fall, der in Tierversuchen durchgeführt wurde, in denen bekannt ist, dass Patienten, die ein gebrochenes PCSK9-Gen haben, einen deutlich niedrigeren Cholesterinspiegel haben. Also ist es weniger wahrscheinlich, dass sie einen Herzinfarkt bekommen. Tatsächlich gibt es bereits ein Medikament auf dem Markt, das das PCSK9-Protein aus dem Blut aufsaugt und den Cholesterinspiegel senkt. Das ist bereits ein klinisch zugelassenes Medikament, aber die Wissenschaftler beginnen jetzt zu denken, anstatt zu versuchen, das PCSK9-Protein loszuwerden, was ist mit dem Brechen des PCSK9-Gens und dann wird man das PCSK9-Protein nie produzieren. Die Forschung an Mäusen hat gezeigt, dass diese Mäuse einen niedrigeren Cholesterinspiegel haben und weniger wahrscheinlich an Herzerkrankungen leiden.

Das Interessante hier ist, dass es nicht darum geht, Mäuse mit einer genetischen Krankheit zu nehmen; es geht darum, normale gesunde Mäuse zu nehmen und ihr Risiko, an einer Herzerkrankung zu erkranken, zu senken. Beim Menschen sterben etwa 30% aller Menschen an einer Herzerkrankung. Wenn wir also Wege finden könnten, gesunde Menschen aufzunehmen und sie weniger anfällig für einen Herzinfarkt zu machen, wäre das eine sehr große Sache. Aber es kann noch andere Folgen oder Nebenwirkungen geben, die wir im Moment nicht kennen.

Ethische Regeln

ME e-mag: Müssen wir internationale ethische Gesetze schaffen, um andere CRISPR-Babys zu vermeiden?

R. Sherwood: Das wird sicherlich zu einem immer wichtigeren Thema. Der chinesische Wissenschaftler, der behauptete, er habe die CRISPR-Babys gemacht, gab dies auf dem International Summit on Human Genome Editing bekannt. Es war ein Treffen, das über die Ethik und die Auswirkungen der CRISPR Gen-Editing-Therapie sprechen sollte. Auf der gleichen Konferenz gab es Wissenschaftler, die sich versammelten und ernsthafter darüber sprachen, welche Art von Regeln und Vorschriften eingeführt werden sollten, um die wissenschaftliche Gemeinschaft zu leiten.

Aber ich denke, dass es derzeit keine international verbindlichen Regeln gibt, was getan und was nicht getan werden kann - sicherlich hier in den USA. Wenn wir Patientenforschung betreiben wollen, müssen wir einen lokalen Ethikrat durchlaufen, der entscheidet, welche Forschung in Ordnung ist. Es wurde von der Einführung eines Moratoriums oder eines Verbots der Keimbahn-Genbearbeitung (mit CRISPR in befruchteten Eiern) gesprochen, obwohl es meines Wissens in keinem Land ein gesetzliches Verbot gibt. Es liegt alles an den lokalen Ethikkommissionen. Für mich, da ich in einem Krankenhaus arbeite, muss ich mich an diese Ethikgruppen halten. Für Menschen, die in der Lage sind, außerhalb eines Krankenhauses oder einer akademischen Einrichtung zu recherchieren, gibt es derzeit jedoch keine gesetzlichen Regelungen, die sie daran hindern würden.

Ich denke, der richtige Ansatz besteht darin, dass so viele Menschen wie möglich über dieses Thema informiert werden, während sich die Technologie weiterentwickelt. Nicht nur Wissenschaftler, Ärzte oder Politiker sollten ein Mitspracherecht haben. Wenn es sicher genug wäre, würden wir es als Gesellschaft nutzen wollen?"

Es gibt unterschiedliche Meinungen darüber, ob es so sein sollte. Meiner Meinung nach besteht das Problem bei der Entwicklung von Gesetzen darin, dass Gesetze in der Regel lange Zeiträume dauern und manchmal nicht mit der Geschwindigkeit der Wissenschaft Schritt halten. Während diese Forschung jetzt unglaublich unethisch erscheint, wissen wir nicht, was in zehn Jahren passieren wird, und es ist sehr schwer, ein Gesetz aufzuheben. Ich denke also, dass der richtige Ansatz darin besteht, Wissenschaftler, Ärzte und besorgte Bürger zu versammeln und so viele Menschen wie möglich dazu zu bringen, sich mit diesem Thema auseinanderzusetzen, während sich die Technologie weiterentwickelt. Nicht nur Wissenschaftler, Ärzte oder Politiker sollten ein Mitspracherecht haben. Wenn es sicher genug wäre, würden wir es dann als Gesellschaft nutzen wollen?

ME e-mag: Glauben Sie, dass wir mit CRISPR einen neuen Menschen schaffen werden?

R. Sherwood: Kurzfristig würde ich sagen, die Antwort ist nein. Viele spannende Entdeckungen in der Medizin sind in den letzten 25 Jahren entstanden, aber es dauert wirklich Jahrzehnte, bis sie einen großen Einfluss auf das Gesundheitswesen haben. Ein Beispiel ist die Nutzung des Immunsystems zur Krebsbekämpfung. Diese Idee ist in den letzten 10 bis 20 Jahren entstanden und erst jetzt gibt es die erste Immuntherapie auf dem Markt, die einige Wundermittel erhalten hat. Allerdings funktioniert es immer noch nur bei einem Bruchteil der Krebspatienten, und wir wissen nicht warum. Bis diese revolutionäre Entdeckung zur Routine wird, ist es also noch ein langer Weg. Für CRISPR ist es das Gleiche. Wir könnten einen hundertjährigen Horizont betrachten, denke ich, dann kann es Auswirkungen haben, und wir könnten diese Diskussion wieder führen....

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