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Spinale Muskelatrophie: Hoffnung durch Antisense-Technik

Mithilfe einer neuartigen genetischen Technik ist es Wissenschaftlern erstmals gelungen, das Fortschreiten der Spinalen Muskelatrophie (SMA) bei Säuglingen und Kleinkindern zu verlangsamen – einer fatalen und bislang kaum aufzuhaltenden neurodegenerativen Erkrankung. „Dies ist eine vielversprechende Behandlungsmethode für die häufigste genetische Todesursache im Kindesalter“, so Prof. Christine Klein, Leiterin des Instituts für Neurogenetik an der Universität Lübeck und Vizepräsidentin der Deutschen Gesellschaft für Neurologie (DGN). Darüber hinaus könne man davon ausgehen, dass die hier genutzte Methode der Antisense-Technik auch für andere Erkrankungen und Indikationen angepasst werden und dort ebenfalls erfolgreich sein könnte.

Den Beweis, dass die Antisense-Technik funktionieren kann, haben nordamerikanische Neurologen mit einer Studie erbracht, über die sie in der Fachzeitschrift The Lancet berichten. Insgesamt 20 Säuglinge, die zwischen der dritten Lebenswoche und dem sechsten Lebensmonat an der Spinalen Muskelatrophie erkrankt waren, haben Richard S. Finkel vom Nemours Children´s Hospital und seine Kollegen behandelt.

Ursache der Erkrankung war in allen Fällen ein fehlendes bzw. defektes Gen für einen Nerven-Schutzfaktor (Survival Motor Neuron 1, SMN1). Ohne dieses Eiweiß gehen die Motoneuronen des Rückenmarks und des Hirnstammes zugrunde, die die Bewegungen einschließlich des Schluckens und des Atmens kontrollieren. Die Folgen sind fatal: Nicht einmal ein Viertel der Kinder überlebte bislang ohne künstliche Beatmung die Diagnose um mehr als zwei Jahre.

Vor diesem Hintergrund erhielten alle Teilnehmer den Wirkstoff Nusinersen in Form mehrerer Injektionen ins Nervenwasser des Rückenmarks. Zwar verstarben vier der 20 Babys trotz der Behandlung. Zum Zeitpunkt des Berichtes aber waren 16 noch am Leben. 13 von ihnen konnten ohne fremde Hilfe atmen, und bei 14 hatte sich die Muskelfunktion gebessert. Teilweise konnten diese Kleinkinder nun den Kopf aufrecht halten, greifen, stehen und sogar laufen. Solche Veränderungen hatte man bislang bei unbehandelten Kindern mit dieser Form von SMA nicht beobachtet. „Eine Heilung bedeutet das nicht“, sagt Prof. Klein, „aber die Therapie scheint wirksam zu sein.“

Die Neurologin hebt hervor, dass der molekulare Mechanismus der Methode wie geplant funktioniert hat: Nusinersen ist ein synthetisch hergestelltes Molekül, das spezifisch konstruiert wurde um ein Ersatzgen für SMN1 zu aktivieren, das fast baugleiche SMN2. Es könnte theoretisch ebenfalls den Nerven-Schutzfaktor liefern, der die Motoneuronen am Leben hält. Allerdings enthält SMN2 einen „Webfehler“, der die Übersetzung der Erbinformation in das rettende Eiweiß um 75 bis 90 Prozent verringert.

Diesen Webfehler konnte Nusinersen offenbar beheben. Das von Wissenschaftlern der Firma Ionis hergestellte synthetische Molekül heftet sich an einer genau vorausberechneten Stelle an ein Zwischenprodukt (Boten-RNS), welches die in SMN2 enthaltenen Erbinformationen an die Eiweißfabriken der Zellen übermittelt. Nusinersen verhindert dadurch, dass aus der SMN2-Boten-RNS ein Abschnitt entfernt wird und die Erbinformation unbrauchbar wird. Die Menge korrekt übersetzter Boten-RNS stieg um das 2,6-fache auf einen Anteil von 50 bis 69 %. Durch Messungen der Eiweißkonzentration im Rückenmark konnten die Forscher schließlich noch zeigen, dass die in dieser Studie behandelten Kinder um durchschnittlich 63,7 % Prozent mehr SMN-Protein bildeten, als unbehandelte Kinder.

Die Nebenwirkungen des Verfahrens wurden von den Patienten gut toleriert, sodass die genetische Therapie von Prof. Klein als „in akzeptabler Weise sicher“ eingestuft wird. Eine weitere, noch nicht veröffentlichte Studie mit Nusinersen bei älteren Patienten mit SMA war ebenfalls erfolgreich, teilte die Hersteller-Firma Ionis mit. Und unmittelbar vor Weihnachten gab die US-Zulassungsbehörde FDA bekannt, dass Nusinersen unter dem Handelsnamen Spinraza für die Behandlung der SMA sowohl bei Säuglingen als auch bei Erwachsenen zugelassen wurde (Inzwischen liegt auch eine Zulassung der europäischen Arzenimittelbehörde EMA vor).

„Als das weckt begründete Hoffnung auf die so lange erwartete Wende in der translationalen Anwendung von Erkenntnissen aus der Molekulargenetik von der reinen Diagnostik hin zu klinisch-therapeutischen Anwendungen im Sinne einer personalisierten Medizin“, so Prof. Klein. Die Antisense-Technik könne auch auf andere Erkrankungen angepasst werden, erwartet die DGN-Vizepräsidentin.

Während bei SMA die Übersetzung eines „schwachen“ Gens gefördert wird, ließe sich stattdessen auch das Ablesen schädlicher Gene verhindern. Im Tierversuch ist dies beispielsweise bei Mäusen schon gelungen, die als Modell für die Huntington´sche Krankheit dienten. Aber auch in klinischen Studien wurde und wird die Antisense-Technik bereits erprobt, beispielsweise gegen die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), Rheuma, Asthma, Morbus Crohn sowie eine Vielzahl von Krebserkrankungen.

(Vorlage für eine Pressemitteilung der Deutschen Gesellschaft für Neurologie vom 5. Januar 2017)

Quellen:

Gute Laune aus dem Handy

Man mag den Kopf schütteln über den aktuellen Hype um das Handy-Spiel Pokémon Go, aber lassen Sie es uns positiv sehen: Beim Fangen der virtuellen Viecher kommen die Spieler wenigstens in Freie und lernen ihre Umgebung kennen. Das scheint mir allemal besser als Extreme-Couching, Koma-Saufen und andere angesagte Freizeitaktivitäten.

Nun haben Psychologen der Universität Basel zusammen mit Kollegen aus Korea, den USA und Deutschland eine weitere nützliche Anwendung für Smartphones entdeckt: In einer Studie mit 27 gesunden jungen Männern übertrugen sie Übungen aus der Psychotherapie auf die Geräte, und verbesserten damit deutlich die Stimmung der Teilnehmer über die zweiwöchige Übungsphase hinweg.

In einer Pressemitteilung berichten die Forscher um PD Dr. Marion Tegethoff:

Die Probanden hatten die Wahl zwischen verschiedenen bewährten und neueren psychotherapeutischen Übungsbausteinen, sogenannten Mikro-Interventionen. So riefen sich manche der Teilnehmer während der Übungsphase emotionale Erlebnisse in Erinnerung, während andere Probanden kurze Sätze oder Zahlenfolgen kontemplativ wiederholten oder mit ihrer Gesichtsmimik spielten. Ihre Stimmungslage erfassten die Probanden auf ihrem Smartphone, indem sie jeweils vor und nach der Übung kurze Fragen durch Ankreuzen auf einer sechsstufigen Skala beantworteten. Wem es gelang, seine Stimmung durch die kurzen Übungseinheiten unmittelbar zu verbessern, profitierte auch längerfristig: Die Stimmung stieg insgesamt über die zweiwöchige Studienphase an.

Aus ihrer Mini-Studie ziehen die Forscher die Bilanz, dass smartphone-gestützte Mikro-Interventionen psychotherapeutische Angebote unter Umständen sinnvoll ergänzen könnten. „Die Befunde belegen die Nutzbarkeit smartphonebasierter Mikro-Interventionen zur Verbesserung der Stimmung in konkreten Alltagssituationen“, so Tegethoff. Um die Befunde zu erhärten, seien aber weitere Untersuchungen notwendig.

In ihrer Arbeit sieht die Psychologin auch einen Beitrag zur personalisierten Medizin, weil damit jederzeit und an jedem Ort ein Hilfsangebot verfügbar werde. Wer mag, kann sich auf der Webseite der Fachzeitschrift „Frontiers in Psychology“ selbst einen Eindruck von den Übungen verschaffen. Dort können fünf (englischsprachige) Videos betrachtet und somit auch für eigene Entspannungsübungen genutzt werden ( -> Video 1,  Video 2, Video 3, Video 4, Video 5).

Die Videos stehen allen Interessierten frei zur Verfügung, sodass sie auch für zukünftige Studien genutzt werden können, betonen die Forscher. Gleichzeitig warnen sie aber davor, dass diese Videos bei Menschen mit Depressionen oder einer anderen psychischen Erkrankung keine Behandlung durch eine Fachperson ersetzen können!

Quelle: Gunther Meinlschmidt, Jong-Hwan Lee, Esther Stalujanis, Angelo Belardi, Minkyung Oh, Eun Kyung Jung, Hyun-Chul Kim, Janine Alfano, Seung-Schik Yoo und Marion Tegethoff: Smartphone-based psychotherapeutic micro-interventions to improve mood in a real-world setting. Frontiers in Psychology (2016)

Gesundheitsproblem Diesel

Der Diesel als Treibstoff der Zukunft? Jedem, der schon einmal das zweifelhafte Vergnügen hatte, auf engen Landstraßen stundenlang hinter einem Lkw her kriechen zu müssen, welcher unentwegt dichte Rußwolken ausstieß, muss diese Theorie Furchen der Skepsis auf die Stirn zaubern.

Derartige traumatische Erlebnisse seien Einzelfälle, die nicht den Blick auf die unbestrittenen Vorteile dieser Technologie trüben sollten, beschwichtigt die Diesellobby. Den eines ist sicher: mit herkömmlichen Otto-Motoren lassen sich die niedrigen Verbrauchwerte eines Diesels nicht erreichen. Pro gefahrenem Kilometer produzieren der Diesel deutlich weniger Kohlendioxid (C02) und weniger Stickoxide (NO) als die besten Ottomotoren heutiger Produktion.

Da C02 Hauptverursacher des Treibhauseffektes ist und Stickoxide nach einigen Zwischenreaktionen die Ozonkonzentrationen am Boden in die Höhe treiben können, bekam der Diesel auch flugs das Prädikat „umweltfreundlich“. Die Belohnung in Form einer deutlichen Steuerermäßigung für die „schadstoffarmen“ Fahrzeuge ließ nicht lange auf sich warten.

Eine andere Bewertung ergibt sich allerdings, wenn das Augenmerk auf die Emission von Partikeln (Ruß), Schwefeldioxid (SO2) oder die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAH) gerichtet wird. Von all diesen Substanzen produziert der Diesel nämlich deutlich größere Mengen als der Ottomotor. „Von daher ist die Bewertung des Diesels als umweltfreundlich und steuerermäßigt nicht zu verstehen“, bilanzierte Dr. Uwe Heinrich vom Institut für Toxikologie und Aerosolforschung der Fraunhofergesellschaft. Auf einem Seminar der Gesellschaft für Strahlenforschung, das kürzlich in München stattfand, wurde eine ganze Reihe von Erkenntnissen präsentiert, die das Klischee vom sauberen Diesel zunichtemachen könnten.

„Die ganze Crux ist das Dieselrußpartikel“, so Heinrich. Diese winzigen Teilchen entstehen bei der unvollständigen Verbrennung des Treibstoffes. Ein Kern aus Kohlenstoffatomen bildet die Grundlage auf dem sich die PAH mit ihrem bekanntesten Vertreter Benzo(a)pyren absetzen. Ein Teil dieser Partikel wird nach dem Einatmen in der Lunge abgelagert und kann dort – zumindest bei Ratten – Tumoren hervorrufen.

Ein Oxidationskatalysator, wie er von einigen Automobilherstellern bereits serienmäßig angeboten wird, soll da Abhilfe bringen. Doch lassen sich die freigesetzten Partikeln mit heutiger Technologie nur um ein Zehntel reduzieren – in den Entwicklungsabteilungen der großen Konzerne wird darum auch unter Hochdruck an der Verbesserung des Diesel-Kats gearbeitet. In der Zwischenzeit verweist man zum Beispiel bei BMW darauf, dass die Menge an PAH, welche sich auf den Partikeln niederschlägt, drastisch reduziert sei. Die Diskussion verlagert sich dadurch auf die Frage, ob es die krebserregenden Mitglieder der PAH-Familie sind, die für die beobachteten Lungentumoren verantwortlich sind, oder ob andere Mechanismen für die Krebsentstehung verantwortlich sind.

Arbeiter nämlich, die an Kokereiöfen tätig waren, mussten PAH-Konzentrationen verkraften, die um ein Vielfaches über dem liegen, was Dieselmotoren freisetzen. Dennoch konnte für diese Bevölkerungsgruppe keine Vermehrung der Krebsfälle nachgewiesen werden. Ratten dagegen entwickelten Tumoren, nachdem sie gezwungen wurden, über längere Zeiträume hinweg verdünnte Dieselabgase in verhältnismäßig geringen Konzentrationen einzuatmen.

Eine interessante Entdeckung verwies die Wissenschaftler dann auf die „nackten“ Partikel als die eigentlichen Übeltäter: Die Tiere entwickeln nämlich Lungenkrebs auch dann, wenn sie nur Aktivkohle einatmen; feinverteilter Kohlestaub also ohne jegliche weiteren Schadstoffe. Möglicherweise verursacht dann die große Oberfläche des Dieselrußes biologische Reaktionen auf den Zellen der Lunge; der Reaktionsmechanismus wäre dann ähnlich dem von Asbestfasern, welche laut Statistik in Deutschland für jährlich mehr als 1000 Fälle von Lungenkrebs und anderen Tumoren verantwortlich sind.

Sollten sich die Hinweise dafür erhärten, dass die „nackten“ Rußpartikel auch beim Menschen krebserregend sind, dann bleibt für die Ingenieure der Automobilfirmen nur eine Lösung: Ein Rußfilter muss her. Derzeit allerdings sind diese Vorrichtungen noch so teuer, dass sich der Einbau nur bei Lastkraftwagen lohnt. Der Einkaufspreis eines Golf Diesel würde sich durch solch eine Maßnahme beinahe verdoppeln; ein Opfer, das auch umweltbewusste Kraftfahrer wohl kaum auf sich nehmen werden.

(erschienen in der WELT am 12. Dezember 1990)

Was ist daraus geworden? Der Artikel ist so alt, dass darin noch nicht einmal das Wort „Feinstaub“ auftaucht. Dies ist jedoch, wie man spätestens nach dem VW-Skandal wissen sollte, ein ziemlich großes Gesundheitsproblem geworden. Das Umweltbundesamt hat vorgerechnet, dass er deutschlandweit jährlich etwa 45000 Menschen das Leben kostet. „Schuld“ sind daran allerdings nicht mehr in erster Linie Dieselfahrzeuge, sondern unsere Heizungen, Kohlekraftwerke, die Landwirtschaft und der Straßenverkehr, auch durch den Abrieb von Reifen. Für Dieselmotoren gibt es seit ca. 15 Jahren Partikelfilter, sodass diese heute sogar deutlich weniger Rußpartikel hinterlassen, als ein moderner Ottomotor mit Direkteinspritzung (siehe z.B. diesen Beitrag im Deutschlandfunk).

Rekord-Eisberg auf Reisen

Unter all den Objekten, welche von den Wissenschaftlern im ewigen Eis untersucht wurden, ist der Eisberg B-9 sicherlich der mit Abstand größte Brocken. Mit einer Länge von über 150 Kilometern und 35 Kilometern Breite war B-9 am Anfang seiner Reise durch antarktische Gewässer größer als Mallorca, Menorca und Ibiza zusammen.

Diese Reise begann im Oktober des Jahres 1987, als das Ungetüm sich vom Ross-Schelfeis löste und dabei nicht nur der dortigen Küstenlinie eine neue Form gab, sondern auch gleich die berühmte „Bucht der Wale“ auslöschte. Die Wassermassen, welche zu diesem Zeitpunkt in B-9 gespeichert waren, hätten ausgereicht, um jeden Erdbewohner für die nächsten zweitausend Jahre mit täglich zwei Gläsern zu versorgen, wie ein kluger Kopf berechnete. Doch ist B-9 nicht nur ein Kuriosum für das Buch der Rekorde, vielmehr haben neuseeländische und amerikanische Wissenschaftler aus dessen Beobachtung eine Menge über die Meeresströmungen lernen können, welche B-9 beziehungsweise seine Bruchstücke über eine Distanz von fast 2000 Kilometern bewegt haben.

Wie die New York Times berichtete, gelang es den Forschern, ein ganzes System von bis dato unbekannten Strömungen nachzuweisen, deren Verlauf und Temperatur für die Ozeanographen eine große Überraschung darstellte. Die Gefahr, den Eisberg aus den Augen zu verlieren bestand natürlich zu keinem Zeitpunkt, denn B-9 wurde nicht nur von Flugzeugen und Schiffen ständig beobachtet, sondern auch von mehreren Satelliten aus dem All observiert.

Mittlerweile ist B-9 in drei Teile gebrochen, die mehrere Monate im Packeis des antarktischen Winters gefangen wurden. Erst jetzt, drei Jahre nach dem Beginn seiner Reise beginnen die Trümmer von B-9 sich mit der zunehmenden Erwärmung in den südpolaren Strömungen aufzulösen.

(erschienen in der WELT am 6. Dezember 1990)

Was ist daraus geworden? In der englischsprachigen Wikipedia hat B-9 einen eigenen Eintrag bekommen, aus dem das weitere Schicksal zu entnehmen ist: 18 Jahre lang blieb er an der Küste stecken, rasierte dann die Zunge eines Gletschers, sodass ein weiterer Eisberg von 79 Kilometern Länge entstand. Im Orginal-Artikel hatte ich übrigens einen ziemlich Klops, weil ich schrieb, B-9 sei durch arktische Gewässer gereist. Antarktisch muss es natürlich heißen, so wie in „Südpol“.

Ein Impfstoff braucht noch Zeit

Mit allen Tricks kämpfen die Forscher heute gegen das Aids-Virus (HIV). Ohne Übertreibung lässt sich wohl behaupten, dass noch niemals innerhalb so kurzer Zeit so viel über einen Krankheitserreger gelernt worden ist. Warum, so fragt sich die sensibilisierte Öffentlichkeit, gibt es dann aber „noch immer“ keinen Impfstoff gegen Aids?

Das AIDS-Virus unter dem Elektronenmikroskop (Von CDC/Dr. Edwin P. Ewing, Jr via Wikipedia)

Eine
ganze Reihe von Viren lassen sich in
abgetöteter oder abgeschwächter Form
direkt als Impfstoff verwenden. Sie
verpassen der Immunabwehr einen
regelrechten „Denkzettel“, indem sie
den weißen Blutzellen ihre
Bestandteile präsentieren. Da diese
Bestandteile (es handelt sich um
kurze Abschnitte der Eiweiße, aus
denen die Impfviren zusammengesetzt
sind) im Körper normalerweise nicht
vorhanden sind, werden sie als
„fremd“ erkannt und von Freß- und
Killerzellen attackiert.

Das Immunsystem „merkt“ sich diese
Begegnungen und hält sich ein Arsenal
spezialisierter Zellen auf Vorrat,
die bei einer nochmaligen Begegnung
mit den Fremdeiweißen sofort
losschlagen: Alles Fremde wird von
Macrophagen aufgefressen,
Killerzellen können die Feinde ebenso
durchlöchern wie befallene
Abwehrzellen, Antikörper hängen sich
an die Eindringlinge und machen sie
bewegungsunfähig; Bakterien können
mit Hilfe körpereigener Eiweiße (dem
Komplementsystem) gar vollständig
aufgelöst werden. Mit dieser Methode
war man gegen Masern und die
Kinderlähmung erfolgreich, die Pocken
wurden damit als bisher einzige
Krankheit offiziell ausgerottet.

Das Aids-Virus allerdings versteckt
sich genau in den Zellen, welche eine der Säulen der körpereigenen Abwehr sind: Bereits kurz nach dem Eindringen ist das Überleben des Virus direkt mit dem seines Wirtes gekoppelt. Es kommt also darauf an, möglichst schon diesen Vorgang zu verhindern. Dabei helfen die sehr genauen Vorstellungen, die man in den letzten Jahren über die Moleküle gewonnen hat, welche bei diesem Prozess eine Schlüsselrolle spielen.

Um die Kopplung von Virus und Immunzelle zu verhindern, welche mit dem Eindringen von HIV endet, werden heute massenhaft sogenannte CD4-Moleküle aus gentechnischer Produktion in das Blut bereits befallener Patienten gespritzt, welche die Ankerstelle des Virus blockieren und den fatalen Erstkontakt mit der Wirtszelle verhindern.

In einem besonders raffinierten Verfahren wurden auch „molekulare Zwitter“ hergestellt, deren eine Hälfte von CD4 gebildet wird und deren andere Hälfte dem Bruchstück eines Antikörpers entspricht. Bei diesen „Immunadhäsinen“, die sich ebenfalls bereits in der Erprobung befinden, bindet der CD4-Teil an das Virus, und der freibleibende Antikörperteil lockt eine ganze Reihe von Eiweißen an, die das Virus unter günstigen Umständen zerstören können. Beide Methoden hätten den Vorteil, dass sie von dem hochvariablen Aids-Virus nicht umgangen werden könnten. Jede Veränderung nämlich, die eine Bindung von CD4 verhindert, würde gleichzeitig dem Virus den Eintritt in die Wirtszelle verwehren.

Dennoch liegt das Fernziel der Forscher natürlich darin, einen wirklichen Impfstoff zu produzieren und nicht nur das Fortschreiten der tödlichen Krankheit zu verlangsamen. Eine ganze Reihe von Viren lassen sich zwar in abgetöteter Form als Impfstoff verwenden. Bei HIV allerdings hätten einzelne Viren, welche die Neutralisation unbeschadet überstehen, fatale Folgen. Es ist also höchste Vorsicht geboten.

Prinzipiell scheint die Methode aber auch bei HIV aussichtsreich zu sein. So gelang es, Makaken vor dem Affenvirus SIV zu schützen, einem nahen Verwandten des menschlichen Aids-Virus. Eine amerikanische Forschergruppe benutzte in diesem Versuch Formalin, um gereinigte Viren zu inaktivieren. Kurz nach der Impfung wurden zehn Tiere mit einer hohen Dosis intakter Viren beimpft, von denen neun die normalerweise tödliche Infektion überlebten.

In Rotchina war man bei einem weiteren nahen Verwandten von HIV erfolgreich. Es handelt sich um ein EAV genanntes Pferdevirus, das ebenso wie das menschliche Aids-Virus der Familie der Lentiviren angehört. Die infektiöse Pferdeanämie, die vor 25 Jahren noch ein großes Problem darstellte, ist heute in China kein Thema mehr. Bemerkenswerterweise wurde die Vakzine durch Dr. R. X. Chen schon in den siebziger Jahren entwickelt, fast 15 Jahre vor der Entdeckung von HIV.

Schließlich gelang es bereits mehreren Arbeitsgruppen, jeweils einige wenige Schimpansen erfolgreich zu impfen – teilweise mit kompletten abgetöteten Viren, teils auch mit Bruchstücken von HIV aus gentechnischer Produktion oder mit einer Kombination beider Impfungen. Versuche mit dem nächsten Verwandten des Menschen sind besonders aussagekräftig, auch wenn die Experten durch die Bank vor übertriebenen Erwartungen warnen. So ist es sehr problematisch aus der geringen Zahl der Versuchstiere (Schimpansen sind eine geschützte Art, ausgesprochen teuer im Unterhalt und nur langsam nachzuzüchten) zuverlässige Aussagen abzuleiten, wie sie für klinische Versuche am Menschen Voraussetzung sind.

Die Dauer des vermittelten Impfschutzes lässt sich zur Zeit ebenso wenig ermessen wie die Anzahl (und Kosten) der nötigen Impfungen. Selbst wenn diese Fragen geklärt sind müssen erst noch eine ganze Reihe ethischer Probleme gelöst werden, die von der Produkthaftung über die Auswahl der ersten Probanden bis zur Unterscheidung zwischen HIV-Infizierten und dem geimpften Personenkreis reichen. Eine weltweite Impfkampagne ähnlich der, die zur Ausrottung der Pocken führte, bleibt jedenfalls vorerst nur ein Traum.

(In gekürzter Form erscheinen in der WELT am 30. November 1990. Letzte Aktualisierung am 12. Mai 2017)

Eine Handvoll Gene für die Ewigkeit

Wie alt kann ein Mensch eigentlich werden? Gibt es eine natürliche Grenze oder ist etwas dran an dem ketzerischen Gedanken, dass nur die Stellung einer Handvoll „genetischer Schalter“ uns von der Unsterblichkeit trennt?

Einzeller sind praktisch unsterblich; sie teilen sich munter immer weiter, es sei denn, ein „gewaltsamer“ Tod setzt ihrem Dasein ein Ende. Alle höheren Lebewesen aber mussten sich die Vorteile teuer erkaufen, die mit dem Zusammenschluss und der Spezialisierung von ehemals uniformen Einzelzellen einhergehen. Spätestens mit der „Erfindung“ der sexuellen Vermehrung wurde auch der Tod ein Teil des Lebens.

Dies zu akzeptieren fällt vielen Menschen schwer. Dass sich die Lebenserwartung seit dem Einbruch des industriellen Zeitalters auf weit über siebzig Jahre verdoppelt hat, ließ übertriebene Erwartungen aufkommen. Damit wird auch die Altersforschung interessant: Die Etats der Wissenschaftler steigen rapide an; in der amerikanischen Pharmaindustrie investieren die Forschungsabteilungen heute fast jeden zweiten Dollar in die Erkundung und Vermeidung des Phänomens Alter.

Aus den Labors kommen faszinierende Erfolgsmeldungen. Die Lebensspanne der Fruchtfliege Drosophila melanogaster etwa konnte durch züchterische Auswahl verdoppelt werden. Michael Rose von der University of California in Irvine isolierte dazu solche Tiere, die ihre Geschlechtsreife erst relativ spät im Leben erreichten und verpaarte diese miteinander. Er wollte damit die Evolutionstheorie des Alterns testen, die besagt, dass eine Beziehung zwischen dem Eintreten der Geschlechtsreife und dem Beginn des Alterungsprozesses besteht.

Der Ausgang des Experiments scheint diese Theorie zu bestätigen. Gegenüber der amerikanischen Zeitschrift „Science“ bemerkte Rose: „Es handelt sich nicht nur um eine Verlängerung der Lebensspanne, sondern um eine tatsächliche Verschiebung des Alterungsprozesses. Ihre Fähigkeit, sich zu vermehren und zu fliegen, ist im Alter verbessert. Das ist so, als ob man 120 Jahre alt wäre und immer noch ein ordentliches Tennismatch spielen könnte.“

Auch bei der Meeresschnecke Phestilla sibogae gelang es, die normale Lebenserwartung von 60 Tagen um die Hälfte zu verlängern. Die Larven der Tiere schweben normalerweise drei Tage im Wasser; dann lassen sie sich auf dem Meeresboden nieder, ernähren sich von Korallen und entwickeln sich zu erwachsenen Tieren. Als Michael Hadfield von der Universität Hawaii die Tiere dazu zwang, einen Monat lang umher zu schwimmen, bevor er ihnen den begehrten Ruheplatz freigab, wurde hier ebenfalls die biologische Uhr angehalten – für einen Monat.

Seit langem schon bekannt ist die Tatsache, dass Zellen offensichtlich von Geburt an für eine bestimmte Anzahl von Teilungen „programmiert“ sind. Bindegewebszellen (Fibroblasten) aus einem menschlichen Embryo etwa machen in der Zellkultur ziemlich exakt 50 Teilungen durch, wobei der Zeitraum zwischen zwei Teilungen gegen Ende hin zunimmt. Schließlich sterben die Zellen ab. Entnimmt man die Fibroblasten aber einem achtzigjährigen, so wird man nur noch rund dreißig Teilungen beobachten können.

Friert man Zellen, die schon eine gewisse Anzahl von Teilungen hinter sich haben, in flüssigem Stickstoff ein und taut sie anschließend wieder auf, so laufen die verbleibenden Zellteilungen ab, als wäre nichts geschehen. Entscheidend ist also das biologische Alter, und nicht die tatsächlich verstrichene Zeit. Diese Experimente deuten auf ein „Uhrwerk“ hin, welches die Lebenszeit einer Zelle bemisst und als dessen Zeitgeber der Zellzyklus vermutet wird.

Gerät dieses Uhrwerk durcheinander, kann eine Zelllinie unsterblich werden, auch ohne dass sie sich in eine Krebszelle verwandelt. In den Laboratorien der Welt sind solche „immortalisierten Zelllinien“ längst zum unentbehrlichen Werkzeug der Wissenschaftler geworden.

Äußere Einflüsse können aber auch das Altern beschleunigen. In der Filmversion von Philip K. Dick’s Roman „Blade Runner“ etwa leidet einer der Darsteller an dem Werner-Syndrom, einer Krankheit, die leider mit Science-Fiction nichts zu tun hat. Zellen solcher Menschen altern vorzeitig; die meisten Patienten sterben schon vor ihrem fünfzigsten Lebensjahr. Ein Hoffnungsschimmer für die Betroffenen liegt darin, dass in der letzten Zeit eine ganze Reihe von biologischen Botenstoffen erkannt wurden, die man dank gentechnischer Methoden relativ preiswert und in größeren Mengen herstellen kann.

Einer dieser Botenstoffe, der, Epidermis-Wachstumsfaktor (EGF) kann zum Beispiel im Reagenzglas das Leben von Fibroblasten ganz entscheidend verlängern. Etwa 150 statt der normalen 50 Teilungen werden beobachtet, wenn EGF dem Nährmedium der Zellen zugeführt wird.

Auch dem menschlichen Wachstumshormon, das derzeit in Deutschland nur für die Behandlung bestimmter Formen des Zwergwuchses eingesetzt wird, sagen manche Experten eine große Zukunft voraus. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Substanz bei älteren Menschen zu einem Abbau von Fett und einem Zuwachs an Muskeln geführt hat. Kritiker warnen allerdings davor, diesen Stoff allzu leichtfertig einzusetzen.

Dennoch: Die Vorstellung, es gäbe bestimmte Substanzen, welche das Altern der Zellen beeinflussen, ist inzwischen gut belegt. Außer den bereits erwähnten Botenstoffen, welche den Alterungsprozess zu verzögern scheinen, gibt es offensichtlich auch Eiweiße, die eine Zelle alt machen. Verschmilzt man einen jungen, aktiven Fibroblasten mit einer Zelle, die ihre Teilungsfähigkeit bereits eingestellt hat, so wird die Vermehrung der Erbsubstanz auch in dem Zellkern gestoppt, der von dem jungen Fibroblasten stammt. Die alte Zelle enthält also mindestens eine Substanz, welche die Zellteilung blockieren kann. Alle Bemühungen, das mutmaßliche Eiweiß von der Menge der anderen Substanzen in einer Zelle abzutrennen, sind bisher gescheitert.

Mittlerweile wurden auch regelrechte „Schalter“ gefunden, deren Stellung einen deutlichen Einfluss auf die Lebensspanne haben. Die Rede ist von Signalen, die Teil unserer Erbsubstanz sind. Diese Signale sind oft äußerst kompliziert aufgebaut und bestimmen über Art und Menge der Stoffe, die von einer Zelle im Laufe ihres Daseins produziert werden. Am Biozentrum in Basel gelang es der Arbeitsgruppe um Walter Gehring kürzlich, durch die gezielte Änderung eines solchen Signals das Leben von Fliegen um bis zu 40 Prozent zu verlängern, einfach indem Elongationsfaktor in größerer Menge produziert wurde.  Dieses Eiweiß spielt eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung der Erbinformation in biologisch aktive Substanzen.

Trotz großer Mühen sind die erstaunlichen Resultate der Altersforschung bisher nur vereinzelte Mosaiksteinchen in einem Bild von gewaltiger Komplexität. Noch immer sind die Wissenschaftler weit davon entfernt, die Vorgänge zu durchschauen, die uns altern lassen. Typisch scheint der Seufzer des kalifornischen Gerontologen Edward Schneider: „Wenn wir schon Krebs für kompliziert gehalten haben, was sollen wir dann erst über das Altern sagen?“

(erschienen in der WELT am 17. November 1990. Letzte Aktualisierung am 12. Mai 2017)

Zwangsarbeit in der Forschung

Zu 1750 Stunden unbezahlter Forschungsarbeit wurde Syed Zaki Salahuddin verurteilt. Der Wissenschaftler hatte bis vor kurzem noch im Labor des Amerikaners Robert Gallo an der Aufklärung der Immunschwäche Aids gearbeitet. Richter John Hargrove befand ihn jetzt für schuldig, öffentliche Forschungsgelder missbraucht zu haben. Nun muss Salahuddin 12.000 Dollar Geldstrafe zahlen und während der nächsten vier Jahre unentgeltlich sämtliche freien Samstage opfern, um nach den Ursachen des rätselhaften Yuppie-Syndroms zu forschen. Einer der Ankläger meinte dazu: „Ich halte es für eine gute Idee, Salahuddins wissenschaftliche Fähigkeiten auszunutzen.“ In ähnlichen Fällen waren Wissenschaftler zu EDV-Arbeiten verurteilt worden. Über den Erreger der Yuppie-Krankheit, die durch dauerhafte Müdigkeit gekennzeichnet ist, gibt es derzeit nur Spekulationen. Vermutlich handelt es sich dabei um ein Virus.

(erschienen in der WELT am 14. November 1990. Letzte Aktualisierung am 10. Mai 2017)

Weitere Infos zum Fall Salahuddin fand ich in der New York Times.

Umweltmessnetz für die Meere

Norwegen mit seiner wild zerklüfteten Küstenlinie und den tief eingeschnittenen Fjorden ist stark vom Einfluss des Nordatlantik geprägt. Die großen Anstrengungen, die hier unternommen werden, um diesen Lebensraum zu erforschen und zu überwachen erscheinen unter diesem Blickwinkel gut verständlich.

Norwegische Unternehmen sind deshalb auch maßgeblich an einem Forschungsprojekt der EG beteiligt, welches sich hinter dem Namen Euromar verbirgt. Die Abkürzung steht für die „Entwicklung moderner Technologien zur Erforschung ökologischer Kausalzusammenhänge in den europäischen Meeren“. Ziel ist vor allem die Entwicklung eines Umweltmessnetzes für die Meere rund um Europa.

Die in Trendheim ansässige Firma Oceanor betreibt bereits ein dichtes Netz aus verankerten und frei treibenden Messbojen, das vor allem dem Schutz der Aquakulturen dient. Bekanntlich bezieht Norwegen einen nicht geringen Teil seiner Einkünfte aus dem Fischfang und den Lachsen, die in schwimmenden Netzkäfiganlagen gehalten werden.

Bei Oceanor verweist man darauf, dass die derzeitigen Überwachungsmethoden für marine Umgebungen den strengen Qualitätsanforderungen der Wissenschaft nicht genügen. Bei Umweltkatastrophen wie der Algenblüte im Frühjahr 1988 oder Tankerunfällen müssen Informationen über die Wasserqualität sofort parat sein. Auch Umweltschutzgesetze müssen sich auf verlässliche Zahlen stützen können, sei es um wirtschaftlich aufwendige Maßnahmen begründen zu können, sei es wegen der „Umweltkriminellen“ die nur in den seltensten Fällen überführt werden können.

Voraussetzung für die Erfüllung all dieser Wünsche sind zunächst einmal Messgeräte, die den rauhen Bedingungen auf See widerstehen können. Da die Sensoren viele Jahre hindurcharbeiten sollen, müssen sie der ständigen Bewegung ebenso trotzen können wie den wuchsfreudigen Muscheln und Algen.

Sind diese Grundvoraussetzungen gegeben, so können Nährstoffe ebenso erfasst werden wie der Schwermetallgehalt, Temperatur ebenso wie Strömungsgeschwindigkeit und viele andere Messgrößen. Dieses „Mermaid-Programm“, wird vom Forschungszentrum Geesthacht bei Hamburg (GKSS) koordiniert.

Ein weiteres Projekt von Euromar (Opmod) besteht darin, die Übertragung der gesammelten Daten – via Funk und Satellit – zu sichern und Methoden zu entwickeln, mit denen die Zahlenflut bestmöglich ausgewertet werden kann. Über Telefon sollen die Daten dann abzufragen sein. Außer Norwegen sind auch Finnland, Frankreich, Deutschland, Schweden und Portugal beteiligt.

Bei Oceanor ist man optimistisch, Verteidigungsministerien, die Fisch- und Ölindustrie sowie öffentliche Behörden als Käufer gewinnen zu können, wenn Opmod im nächsten Jahr einsatzbereit ist.

(erschienen in der WELT am 13. November 1990. Letzte Aktualisierung am 8. Mai 2017)

Was ist daraus geworden? Gar nicht so einfach, den Erfolg dieser Projekte nachzuverfolgen, geschweige denn zu bewerten. Ich fand dazu fast keine Unterlagen im (frei zugänglichen Teil des) Internet. Oceanor wurde von einer größeren Firma geschluckt, baut aber weiter Messbojen. Das Forschungszentrum Geesthacht hat sich umbenannt (auch so eine Unsitte deutscher Forschungseinrichtungen), und das Wörtchen „Euromar“ klingt so gut, dass es gleich von einer handvoll verschiedener Firmen und Projekte reklamiert wird, die mit dem hier erwähnten aber nichts zu tun haben 🙁

Berichte der Enquete-Kommission Erdatmosphäre

Drei Drucksachen des Deutschen Bundestages sind die Grundlage für die Darstellung der drängendsten Umweltprobleme unserer Zeit. In insgesamt vier Bänden werden die Ergebnisse der Enquete-Kommission „Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre“ dargelegt. Von der Zerstörung der Ozonschicht über den Schutz der Tropenländer bis zu globalen Klimaveränderungen reicht die Thematik. Zahlreiche Abbildungen begleiten den klar und verständlich gehaltenen Text, dem eine weite Verbreitung auch in öffentlichen Bibliotheken zu wünschen wäre.

Schutz der Erdatmosphäre“, 640 S., 48 Mark; „Schutz der Tropenwälder“, 983 S.,58 Mark; „Schutz der Erde“ (zwei Bände, ab Januar im Handel), ca, 1600 S., 98 Mark. Economica Verlag/Verlag C. F. Müller.

(erschienen in der WELT  am 8. November 1990. Aktualisiert am 7. Mai 2017)

P.S.: Habe leider nur zwei der drei Drucksachen zum Download gefunden: Schutz der Erdatmosphäre, und Schutz der Erde

Gentechnik: Freilandversuch mit Petunien gescheitert

31000 gentechnisch veränderte Petunien, die seit Mai auf dem Gelände des Max-Planck-Institutes für Züchtungsforschung wachsen, hatten keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt. Allerdings erlebten die Genetiker einige Überraschungen.

Das erste Freisetzungsexperiment mit gentechnisch veränderten Organismen in Deutschland ist beendet. Ziel des heftig umstrittenen Versuches war es, „springende Gene“ zu isolieren, Erbanlagen also, die nicht wie der überwiegende Teil der genetischen Information einen festen Platz auf dem fadenförmigen Erbgutstrang – der DNA – haben.

Für Pflanzengenetiker ist die Petunie ein nützliches Werkzeug. Beim Kölner Freilandversuch allerdings machte das heiße Wetter im August die Pläne der Forscher zunichte. (Von M.S. del., J.N.Fitch lith. [Public domain], via Wikimedia Commons)

Streng genommen ist das Experiment gescheitert, weil es den Forschern nicht gelungen ist, das ursprünglich gesetzte Ziel zu erreichen. Allerdings erlebten die Wissenschaftler um Professor Heinz Saedler am Kölner Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung eine Überraschung die „uns wahnsinnig fasziniert und die wir in Zukunft weiter studieren wollen“, erklärte der Genetiker vor der Bonner Wissenschaftspressekonferenz.

Die springenden Gene (Transposons) sind nur schwer zu beobachten, da ein Ortswechsel nur äußerst selten erfolgt. Saedler und sein Kollege Peter Meyer haben nun eine Art Falle gebaut, mit der sie hofften, dieses merkwürdige Verhalten der Transposons nachweisen zu können. Sie verfrachteten dazu ein Gen aus dem Mais in die Petunien, welches der weiß blühenden Elternlinie eine lachsrote Farbe verlieh. Aus den Petunien wurden durch diese Genmanipulation „transgene“ Pflanzen, Organismen also, die Erbanlagen einer fremden Art in sich tragen.

Zwischen 10000 und einer Million Petunienblüten, wären nach den Schätzungen der Forscher nötig gewesen, um das seltene Ereignis zu erfassen. Dann nämlich, wenn ein Transposon an die Stelle springt, an der das Maisgen sitzt, wird die Erbinformation zur Produktion des Blütenfarbstoffes zerstört, die entsprechende Blüte – so dachten die Wissenschaftler – müsste sich dann durch den Verlust der roten Farbe verraten.

Verabschiedet sich das Transposon später wieder von seinem Wirkungsort, so wird die ursprüngliche Erbinformation wiederhergestellt; es entstehen rotweiß gepunktete oder gestreifte Blüten, allesamt Zeugen der verborgenen Aktivität von Transposons. Weil sich die erforderliche Anzahl von Petunien nur in einem gigantischen Gewächshaus unterbringen ließen, stellten die Forscher den Antrag auf einen Freilandversuch, der wegen mutmaßlicher Gefahren für Mensch und Umwelt auf heftige Opposition in der Öffentlichkeit und bei den meisten Parteien stieß.

Nach einer öffentlichen Anhörung und vor Verabschiedung des Gentechnikgesetztes erhielten die Kölner Wissenschaftler die amtliche Genehmigung für die erstmalige Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen in Deutschland. Am 14. Mai dieses Jahres wurden die Pflanzen ausgebracht, im Juni standen die Forscher dann vor einem rotblühenden, 5000 Quadratmeter großen Feld, und harrten gespannt der wenigen Blüten, die ihre rote Farbe verlieren sollten. Nach der Hitzewelle des Augustes allerdings stellten sie zu ihrem Erstaunen fest, dass sich sämtliche Pflanzen weiß gefärbt hatten.

Schuld waren allerdings nicht die Transposons, wie sich bald herausstellte, sondern das intensive ultraviolette Licht und die hohen Temperaturen, welche zu einem Abbau des empfindlichen Blütenfarbstoffes geführt hatten. Nachdem die roten Blätter abgeworfen wurden, bildeten sich neue, doch wurde auch diesmal eine überraschend hohe Anzahl von weißen, rotweiß gestreiften oder gepunkteten Blüten beobachtet – jedenfalls weitaus mehr als die Wissenschaftler erwartet hatten.

Einige weiße Petunien, die von Gegnern der Gentechnik heimlich angepflanzt wurden, erkannten die Forscher schnell als „Kuckuckseier“, was von Professor Josef Schell mit der Bemerkung quittiert wurde, dies sei ein gelungener Witz gewesen. Derartige Aktionen wären ihm lieber als angedrohte Bomben.

Eine Untersuchung der restlichen Pflanzen, von denen 17 mit molekularbiologischen Methoden genau geprüft wurden, zeigte, dass die beobachteten Farbänderungen hier ebenfalls durch Umwelteinflüsse zustande kamen. Die wenigen Transposons, welche wirklich gesprungen waren, konnten von den Genetikern nicht dingfest gemacht werden. Das Steuerelement des Farbstoffgens war verändert worden, eine Entwicklung, die die Wissenschaftler nicht vorausgesehen hatten.

Anfang Oktober wurde der Antrag für das zweite Freilandexperiment gestellt. Das soll dann helfen, einige der Fragen zu beantworten, die im ersten Experiment aufgeworfen wurden.

(erschienen in der WELT am 1. November 1990. Aktualisiert am 1. Mai 2017)

Was ist daraus geworden? Da ich selbst Molekularbiologie studiert habe, erschien mir die Kritik von Umweltschützern und Grünen an derartigen Versuchen teils unfundiert, teil ideologisch motiviert (siehe auch dieser ZEIT-Artikel). Sicherlich hat man damit vielen Wissenschaftlern und auch der Industrie das Leben schwer gemacht. Den weltweiten Siegeszug der Grünen Gentechnik konnten deren Gegner allerdings nicht aufhalten. Bis heute gibt es keinen Nachweis, das damit auch nur ein einziger Mensch zu Schaden gekommen wäre.