Dieser Browser wird nicht mehr unterstützt

Bitte wechseln Sie zu einem unterstützten Browser wie Chrome, Firefox, Safari oder Edge.

Schnellauswahl
Chemie

Nobelpreis für eine Gen-Schere, die Leben umschreiben kann

Emmanuelle Charpentier (L) und Jennifer Doudna.
Emmanuelle Charpentier (L) und Jennifer Doudna.(c) REUTERS (Eloy Alonso)
  • Drucken
  • Kommentieren

Eine französische und eine US-amerikanische Biochemikerin entdeckten, dass sich mit dem Crispr/Cas9-System alle DNA punktgenau schneiden lässt. In der Medizin hofft man etwa auf die Reparatur von Gendefekten.

Alles beginnt mit der DNA. Bei Jennifer Doudna speziell mit einem Buch über dieses Lebensmolekül: Als Kind in Hawaii las sie James Watsons „The Double Helix“. Fast 50 Jahre später erhält sie nun gemeinsam mit ihrer Kollegin Emmanuelle Charpentier den Nobelpreis für die Entwicklung einer molekularen Schere, mit der man diese DNA präzise schneiden und damit die Information, die in ihr steckt, umschreiben kann: Crispr/Cas9 heißt die Methode.

Emmanuelle Charpentier
Emmanuelle Charpentier(c) REUTERS (FABRIZIO BENSCH)

Erfunden wurde sie via Evolution von Bakterien. Auch diese haben ein Immunsystem. Wenn sie von Viren attackiert werden, speichern sie Abschnitte der viralen DNA in ihrem eigenen Genom, und zwar in stark repetitiven Abschnitten, die man „Clusterly regularly interspaced short palindromic repeats“, kurz Crispr, nennt. Damit erkennen sie die Viren bei der nächsten Attacke – und legen sie lahm, indem sie ihnen die entsprechenden Abschnitte aus dem Genom schneiden. Die chemische Schneidearbeit besorgt eine Endonuklease, also ein Enzym, das Nukleinsäuren schneiden kann. Sie heißt Cas (von „Crispr-associated“), diesfalls Cas9.

Ein bisschen komplizierter wird es noch: Zunächst müssen die Crispr-Abschnitte (in denen die Virus-DNA steckt) von DNA in RNA (die man Crispr-RNA nennt) umgeschrieben werden, dann heftet sich ein weiteres, kleines RNA-Molekül (tracrRNA) daran, um die zu schneidende Passage zu markieren, bevor Cas9 ansetzt . . . RNA-Interferenz nennt man das, Emmanuelle Charpentier – die von 2002 bis 2009 an der Universität Wien war und hier, wie sie sagt, einen „Heureka-Moment“ in Richtung Crispr/Cas9 erlebte – hat viel über solche Wechselwirkungen der vielgesichtigen und vielseitigen Schwester der DNA gearbeitet.

Schneiden und kopieren

Doudna und Charpentier trafen einander erstmals 2011 am Rand eines Kongresses in einem Café in Puerto Rico. Eigentlich wollten sie nur das Immunsystem eines gefährlichen Streptococcus-Bakteriums untersuchen, um dieses womöglich besser bekämpfen zu können. Doch sie kamen allmählich drauf, dass sich mit diesem Crispr/Cas9-System alle doppelsträngige DNA punktgenau öffnen und gezielt schneiden lässt, auch die von Säugetieren. Und, später, dass es noch mehr kann: nämlich das von ihm veränderte Gen gleich auf das zweite Chromosom kopieren, womit die Veränderung vollständig ist. Wenn das in Keimzellen passiert, dann kann sich die Veränderung via „Gene Drive“ schnell in ganzen Populationen ausbreiten. Das war die erste Idee für eine nützliche Anwendung: Man könnte etwa Moskitos ein Gen einbauen, das sie unfruchtbar macht, das sich dann über die Population verbreitet und damit ausrottet.

Doch zunächst mussten Doudna und Charpentier die von Bakterien erfundene Methode so adaptieren, dass sie von Genetikern im Reagenzglas angewendet werden kann. Dazu kombinierten sie im Wesentlichem die tracrRNA und die Crispr-RNA zu einem einzigen Molekül, das sie Guide-RNA nannten, weil es die Schere zum richtigen Ort im Genom leitet. Dafür, dass die Teile des DNA-Strangs nach der Manipulation wieder zusammengeheftet werden, sorgen einfach die Reparatursysteme der Zelle.

Einsatz in der Pflanzenzucht

2012 publizierten Doidna und Charpentier gemeinsam mit Mitarbeitern ihre Erkenntnisse in „Science" (337, S. 816) unter dem Titel „A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity“. Die damit beschriebene Crispr/Cas9-Methode war bald das heißeste Thema in Genetik und Molekularbiologie, erfolgreich eingesetzt wurde sie bereits in der Pflanzenzucht, etwa zur Erzeugung von Pflanzen, die resistent gegen Schädlinge sind.

In der Medizin hofft man etwa auf die Reparatur von Gendefekten, die Erbkrankheiten bewirken, etwa die Huntington-Krankheit. Kleine Erfolge gab es schon bei der Sichelzellenanämie, die 1949 von Linus Pauling als erste „molekulare“ Krankheit beschrieben wurde, sie könnte so zur ersten Krankheit werden, die durch einen molekularen Eingriff via Genschere heilbar ist.

Warnung vor Keimbahntherapie

Etwas getrübt wurde das Image der Methode durch das Eingeständnis des chinesischen Forschers He Jiankui im November 2018, er habe das Erbgut von Retortenbabys ohne jede Genehmigung mit Crispr/Cas9 verändert, um sie immun gegen HIV zu machen. Das gilt als Keimbahntherapie und ethisch nicht akzeptabel. So warnt auch die königliche schwedische Akademie, die die Nobelpreise vergibt, in ihrer Aussendung davor, dass Genscheren auch missbraucht werden können, dass sie „ernste ethische Probleme aufwerfen“. Doch sie hält in edlem Pathos fest: „Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna haben ein chemisches Werkzeug entwickelt, das eine neue Epoche der Lebenswissenschaften eröffnet hat.“

Erinnerungen in Wien

In Wien freut man sich indessen darüber, dass die neue Nobelpreisträgerin Emmanuelle Charpentier auch eine Wiener Geschichte hat - obwohl sie 2009 nach Schweden wechselte, weil ihr Vertrag an den Max Perutz Laboratories (MPL) nicht verlängert werden sollte und sie daher in Österreich keine Karrierechancen mehr sah. Alwin Köhler, wissenschaftlicher Direktor des MPL, nennt im APA-Interview die Entwicklung von Crispr/Cas9 "eines der revolutionärsten Ereignisse in der Molekularbiologie". Dass Charpentier nicht mehr in Wien ist, sieht er als Wermutstropfen: "Mobilität gehört aber heute zur Forschung." Die Erfolgsgeschichte von Charpentier und Doudna sei jedenfalls ein
"wunderschönes Beispiel" dafür, dass Ergebnisse viel weniger planbar
sind, als viele in der Forschergemeinschaft glauben.