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Michael Simm

Viele Forscher arbeiten an der Gentherapie

Geschrieben von Michel2015
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Mindestens sechs deutsche Arbeitsgruppen bereiten sich zur Zeit darauf vor, den Nutzen der Gentherapie bei verschiedenen Krankheiten des Menschen zu erproben. Beim Bonner Bundesforschungsministerium (BMFT), welches kürzlich 40 Millionen Mark zur Entwicklung der Methode bereitgestellt hatte, sind innerhalb weniger Monate 183 Anträge zu rund 300 Teilprojekten eingegangen, teilte Dr. Robert Hauer, zuständiger Referent im BMFT, auf Anfrage mit. „Wir gehen davon aus, daß jeder, der damit zu tun hat, auch einen Antrag gestellt hat.“ Allerdings sei man bei der überwiegenden Mehrzahl der Projekte noch weit von einer Anwendung am Menschen entfernt.

Dagegen laufen anderswo die Vorarbeiten schon seit Jahren. So wollen Wissenschaftler am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin-Buch im September gleich drei Anträge zur Durchführung klinischer Studien einreichen: Dr. Michael Strauss plant in Zusammenarbeit mit Münchner und Hamburger Kliniken die Behandlung von Menschen mit erblich bedingten, extrem erhöhten, Blutfettwerten (familiäre Hypercholesterinämie).

Wegen eines Gendefekts sind die Zellen dieser Patienten nicht in der Lage, die „böse“ Form des Cholesterins – LDL – aus dem Blut zu fischen. Die resultierende Gefäßverstopfung führt dann oft schon im jugendlichen Alter zum Tod durch Herzinfarkt. Strauss hat deshalb „entkernte“ Hüllen von Hepatitis B Viren entwickelt, welche die Bauanleitung für das Cholesterin-fischende Eiweiß zumindest im Tierversuch in Leberzellen einschleusen können. Nach zahlreichen weiteren Tests sollen die Gen-Taxis dann im Sommer nächsten Jahres an einer kleinen Zahl von Patienten erprobt werden.

Zusammen mit Professor Bernd Dörken, der an der benachbarten Robert-Rössle-Klinik der Freien Universität Berlin arbeitet, will Strauss außerdem versuchen, Lebermetastasen und Hirntumoren durch das Einschmuggeln sogenannter Selbstmordgene zu attackieren. Die Methode, mit der amerikanische Wissenschaftler bereits erste Achtungserfolge erringen konnten, wirkt wie eine örtlich eng begrenzte Chemotherapie: Erst wird das Selbstmordgen mit Hilfe von Viren oder durch eine Injektion in den Tumor geschleust, dann wird den Patienten 14 Tage lang ein Medikament (Ganciclovir) verabreicht, das nur in Anwesenheit des Selbstmordgens zu einem giftigen Stoffwechselprodukt umgesetzt wird.

Ebenfalls am MDC plant Dr. Thomas Blankenstein eine „Impfung“ mit gentechnisch veränderten Brustkrebszellen. Dies soll die „normale“ Behandlung von an Brustkrebs erkrankten Frauen ergänzen und Rückfälle verhindern. Wiederum sind es Tierversuche an Mäusen und Ratten, aber auch erste Erfahrungsberichte der amerikanischen Kollegen, die Hoffnung machen. Nach Operation, Strahlen- und Chemotherapie noch verbleibende Tumorzellen, die für das Immunsystem unsichtbar sind, könnten womöglich mit derartigen „Krebsimpfungen“ enttarnt und vernichtet werden.

An der Universität Bonn will Professor Klaus Olek die Behandlung von Blutern verbessern. Ihnen soll es durch Gentransfer ermöglicht werden, fehlende Blutgerinnungsfaktoren selbst herzustellen und somit unabhängig von Plasmapräparaten zu werden. Dies würde die mit jeglichem Austausch von Körperflüssigkeiten verbundene Infektionsgefahr durch bekannte und unbekannte Krankheitserreger beseitigen. Auch die Firma Bayer ist auf diesem Gebiet aktiv, wenn auch nicht in Deutschland. Bereits 1992 wurde ein Abkommen mit der amerikanischen Firma Viagene geschlossen, mit dem Ziel, die Hämophilie-A durch die Übertragung von Erbinformattioen zu behandeln.

In Hamburg arbeitet Dr. Marcus Stockschlaeder am Universitätskrankenhaus Eppendorf an einem Verfahren, um die gesunden Blutzellen von Krebspatienten vor denjenigen Giften zu schützen, die im Rahmen einer Chemotherapie zum Einsatz kommen und an der Hautklinik der Universität Würzburg schließlich will Direktorin Professor Eva-Bettina Bröcker einer Meldung des Wissenschaftsmagazins „Nature“ zufolge den Schwarzen Hautkrebs (Melanom) attackieren.

Bei allem Optimismus warnen die beteiligten Wissenschaftler aber auch vor übertriebenen Hoffnungen. „Wirklich geheilt worden ist durch die Gentherapie bisher noch niemand“, betonte der Amerikaner French Anderson mit Blick auf die fast 80 Studien, die bisher weltweit begonnen wurden. Der Mann muß es wissen; schließlich war er derjenige, der den weltweit ersten Versuch geleitet hatte. Die beiden Mädchen mit der lebensbedrohlichen Immunschwäche ADA-Defizienz, die dabei im Herbst 1990 als erste Menschen fremde Gene erhielten, müssen zwar in mehrmonatigen Abständen in die Klinik, um ihre Behandlung auffrischen zu lassen. Die Krankheit selbst ist aber dennoch besiegt: Wie Anderson bekanntgab, sind Ashanti DeSilva und Cynthia Cutshall seit über zwei Jahren frei von Beschwerden.

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Freilandversuche für „Gen-Rüben“ genehmigt

Geschrieben von Michel2015
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Rund 14.000 Zuckerrüben und exakt 384 Kartoffeln sollen im Laufe der nächsten Wochen auf niedersächsischen und bayrischen Ackern angepflanzt werden. Nichts Besonderes, sollte man meinen, doch die Pflänzchen haben es in sich: beide Gewächse sind gentechnisch verändert.

Für Reinhard Nehls, Laborchef bei der Kleinwanzlebener Saatzucht (KWS) in Einbeck, liegen die Vorteile der modernen Biologie buchstäblich auf der Hand: In der Rechten hält er eine fette, schwere und offensichtlich gesunde Zuckerrübe, „so wie sie der Bauer haben will“. In der Linken dagegen ein kleines, schwarzes, mit Wurzelhaaren übersätes Gewächs, das sich bei näherer Betrachtung als infizierter Artgenosse der Vorzeigerübe entpuppt. „So kann es aussehen, wenn die Rizomania zuschlägt.“

Dem mittelständischen Unternehmen ist es gelungen, Zuckerrüben mit Hilfe gentechnischer Methoden vor der Viruskrankheit zu schützen. Die Rizomania, auch „Wurzelbärtigkeit“ genannt, hat sich in den letzten Jahren in ganz Europa ausgebreitet und verursacht deutschen Landwirten jährliche Ernteverluste in Millionenhöhe. Hauptbetroffene sind Familienbetriebe, für die die Zuckerrüben eine der wichtigsten Einnahmequellen darstellen.

Rund 5000 Landwirte waren es auch, die in einer Unterschriftenaktion den Antrag der KWS unterstützten, die genmanipulierten Pflanzen dort zu testen, wo sie gebraucht werden – auf dem Acker. Wie berichtet, hat das Berliner Bundesgesundheitsamt jetzt nach einem halbjährigen Genehmigungsverfahren die Einsprüche von rund 3000 Einwendern zurückgewiesen, weil von dem Experiment „nach dem Stand der Wissenschaft keine schädlichen Einwirkungen auf Leben und Gesundheit von Menschen, Tieren und. Pflanzen sowie die sonstige Umwelt“ zu erwarten seien.

Um die Pflanzen gegen den Angriff der schädlichen Viren immun zu machen, isolierten die KWS-Wissenschaftler zunächst ein Gen aus dem Ernteschädling, welches die Informationen zur Herstellung eines Eiweißes der Virushülle enthüllt. Die Anwesenheit dieses, für den Menschen ungiftigen Moleküls in der Zuckerrübe verhindert die Vermehrung des Parasiten in der Pflanze. Ziel der Bemühungen war es deshalb, Zuckerrüben zu züchten, die neben Tausenden eigener Inhaltsstoffe zusätzlich das fremde Eiweiß produzieren. Dabei kam den Forschern die Tatsache zugute, daß die Erbinformationen aller Lebewesen in der gleichen „Sprache“ geschrieben sind. Die virale „Gebrauchsanleitung“ zur Herstellung des Eiweißes kann somit auch von der Zuckerrübe gelesen und in ein fertiges Produkt umgesetzt werden. Einzige Voraussetzung: das entsprechende Gen muß auf die Rübe übertragen und dort möglichst dauerhaft ins eigene Erbgut integriert werden.

Die Molekularbiologen bedienten sich dazu eines Bodenbakteriums, welches auch unter natürlichen Bedingungen in der Lage ist, Erbsubstanz in Pflanzen einzuschmuggeln. Agrobacterium tumefaciens, so der wissenschaftliche Name der Mikrobe, ist deshalb rund um den Globus als „Genfähre“ im Einsatz. Die in Einbeck entwickelten Rüben trotzen – zumindest in Labors, Klimakammern und Gewächshäusern – schon seit Jahren dem Rizomania-Virus. Dort erklärte jetzt inmitten Tausender von Pflanzen der Vorstandsprecher der KWS, Andreas Büchting: „Jetzt ist der Zeitpunkt gekommen, die transgenen Zuckerrüben auch unter den praktischen Bedingungen der Landwirtschaft – in freier Natur also – zu testen.“

Ähnliche Versuche haben im Ausland bisher über l000 mal stattgefunden, in zwanzig Fällen wurde dabei mit Zuckerrüben experimentiert. Gemeinsam mit der KWS erhielt auch das Institut für Genbiologische Forschung Berlin (IGF) die Erlaubnis, gentechnisch veränderte Kartoffeln im Freiland zu testen. Durch das gezielte Abschalten einer Erbanlage ist es den Molekularbiologen gelungen, die Erdäpfel zu potenziellen Rohstofflieferanten für die Stärke-Industrie umzufunktionieren. Sobald die letzten Nachtfröste vorbei sind, sollen exakt 384 transgene Kartoffeln den Zuckerrüben im Freiland Gesellschaft leisten.

Stärke ist ein besonders vielseitiger Rohstoff, der unter anderem in der Papier- und Pappeherstellung, für Chemikalien und‘ Arzneimittel, für Klebstoffe und im Textilbereich benötigt wird. Auch für die Produktion umweltfreundlicher, biologisch abbaubarer Kunststoffe wird Stärke gebraucht. Dieser „Kunststoff“ könnte zukünftig auf dem Acker wachsen, hofft Professor Lothar Willmitzer vom IGF. Besser als gewöhnliche Kartoffeln seien dafür die genmanipulierten Pflanzen geeignet, weil diese nur noch eine statt der üblichen zwei verschiedenen Stärkeformen produzieren.

Der Bauer erhält so einen einheitlichen Rohstoff mit klar definierten Eigenschaften, dem auf dem freien Markt gute Absatzchancen eingeräumt werden. Doch bis dahin ist es für die transgenen Kartoffeln und Zuckerrüben noch ein weiter Weg: vermarktungsfähige Produkte, so heißt es in einer Erklärung der KWS, stehen frühestens um das Jahr 2000 zur Verfügung.

(mein erster Artikel für die „Stuttgarter Zeitung“, erscheinen am 17. April 1993)

Stuttgarter Zeitung, , , , , , , , , , , ,

Wenn Gene aus der Kanone fliegen

Geschrieben von Michel2015
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Während eine gespannte Öffentlichkeit die ersten zaghaften Versuche zur Gentherapie beim Menschen verfolgt, planen Biologen und Mediziner schon den nächsten Schritt in die Zukunft. Doch wie soll die Raffinesse eines Verfahrens übertroffen werden, in dem gentechnisch veränderte Viren winzige Bruchstücke der menschlichen Erbinformation in hochspezialisierte Immunzellen einschmuggeln, die dann – so die Hoffnung aller Beteiligten – zu Milliarden ausschwärmen, um die Arbeit des Chirurgen überflüssig zu machen?

Nicht komplizierter, sondern einfacher müssen die Techniken werden, damit möglichst viele kranke Menschen von den Ergebnissen der modernen Biologie profitieren können, so lautet die verblüffende Antwort der Experimentatoren. Erste Resultate weisen darauf hin, daß die Retroviren, welche in der Vergangenheit zum Gegenstand hitziger Diskussionen wurden, bald abgelöst und durch simplere Methoden des Gentransfers ersetzt werden könnten, Bisher hatte man die Viren als „Schlüssel“ zur Zeile angesehen, weil sie sich darauf spezialisiert hatten, ihr eigenes Erbmaterial zwischen die Gene der Wirtszelle einzuschmuggeln.

Steven Rosenberg und seine Mitarbeiter am National Institute of Health im amerikanischen Maryland hatten sich diese Eigenschaft zunutze gemacht, die Viren ihrer Vermehrungsfähigkeit beraubt und sie dann zu „Genfähren“ umgebaut. Vielversprechende Erbanlagen, wie jüngst die Bauanleitung für den Tumor Nekrose Faktor, konnten so mit Hilfe der gezähmten Viren Zellen des menschlichen Immunsystems hinzugefügt werden. Theoretisch kann jedes Gen, jeder molekulare Bauplan. den die Forscher bisher isolieren konnten, auf diese Weise verfrachtet werden und defekte oder fehlende Erbanlagen ersetzen.

Da die Anzahl bekannter Gene schon seit Jahren explosionsartig zunimmt, verfügen die Wissenschaftler schon heute über ein ganzes Arsenal an molekularen Blaupausen, beispielsweise für Hormone und Wachstumsfaktoren, strukturgebende Eiweiße oder Botenstoffe des Immunsystems. Dazu gehören auch solche Gene, deren Abwesenheit oder Defekt für eine Reihe verheerender Erbkrankheiten verantwortlich sind.

Die Gentherapie zielt nun darauf ab, die jeweils betroffenen Zellen zu reparieren, doch ergeben sich hier mehrere Engpässe, die bisher noch nicht überwunden werden konnten: Zum einen widersetzen sich die weitaus meisten der über 200 Zelltypen in unserem Körper dem Gentransfer mittels Retroviren. Die beiden bisher angelaufenen Versuche zur Gentherapie am Menschen beschränkten sich auf die Manipulation von weißen Blutzellen; diese aber sind mit einer Lebensdauer von wenigen Monaten relativ kurzlebig, so daß die Behandlung vermutlich mehrmals – oder gar lebenslang – wiederholt werden muß.

Ein weiteres Argument gegen die Viren lautete: Durch den rein zufälligen Einbau fremder Gene irgendwo auf dem über einen Meter langen menschlichen Erbgut könnten lebenswichtige Erbanlagen auseinandergerissen oder Onkogene aktiviert werden, die dann Krebserkrankungen auszulösen vermögen.

Obwohl eine weitere neue Technik, das „Gene-Targeting“, den Einbau der Ersatzgene zu einem hochpräzisen Vorgang machen könnte, bliebe ein drittes Problem weiter ungelöst: Die Prozedur läßt sich aller Voraussicht nach nicht rückgängig machen. Sollten unerwünschte Nebenwirkungen auftreten, kann der behandelnde Arzt ein einmal transferiertes Gen nicht einfach „absetzen“, wie dies etwa bei einem Arzneimittel möglich wäre.

Trotz aller Einwände und Bedenken könnte die Gentherapie bei einer Reihe von gravierenden Krankheiten zum Einsatz kommen; zunächst vor allem in solchen Fällen, bei denen alle anderen Methoden versagen. In jüngster Zeit konnte zudem gezeigt werden, daß ein Gentransfer auch ohne Viren stattfinden kann. So gelang es beispielsweise John Wolff vom Waisman Center der Universität Wisconsin in Zusammenarbeit mit Philip Felgner von der kalifornischen Firma Vical, intakte Gene durch direktes Einspritzen in die Muskelzellen von Mäusen zu übertragen („Science“, Band 247, S.1465).

Wolff und Felgner beobachteten, daß die eingebrachten Gene in den Versuchstieren die Produktion dreier Eiweißstoffe (CAT, Luziferase und ß-Galaktosidase) dirigierten – und das bis zu sechs Monaten. Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler auch recht genau steuern, wieviel Eiweiß produziert wurde, indem sie die Menge an injizierter DNA entsprechend veränderten. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, auch solche Krankheiten zu behandeln, bei denen sich die Gentherapeuten bislang in einer Sackgasse wähnten.

Ein Einbau von Genen in das Erbgut der Zielzellen ist, das bestätigten auch andere Arbeitsgruppen, nicht mehr in allen Fällen nötig. Dies verwunderte die Experten vor allem deshalb, weil fremde, „nackte“ Erbsubstanz (DNA) nach bisheriger Erkenntnis von den infizierten Zellen binnen kurzer Zeit in ihre Bausteine zerlegt werden sollte. Trotzdem meldete fast ein Dutzend voneinander unabhängiger Laboratorien, daß die Fremd-DNA teilweise über Monate hinweg intakt blieb und das biochemische Geschehen der Wirtszelle dirigierte („Nature“, Band 349, S. 351).

Nicht nur die Nadel dient indes dazu, die molekularen Baupläne in Form von DNA an Ort und Stelle zu verfrachten. Vielmehr haben die Forscher ein ganzes Arsenal von Methoden entwickelt, um beispielsweise auch diejenigen Zellen zu erreichen welche die Atemwege auskleiden oder die Wände unserer Blutgefäße bilden. Bestandteile der Zellmembran etwa – sogenannte Phosphoglyceride – können mit Wasser nach einer Ultraschallbestrahlung tropfenförmige Strukturen bilden, die in der Lage sind, Erbsubstanz zu transportieren Mit diesen mikroskopisch kleinen Kügelchen (Liposomen) gelang es beispielsweise bei Schweinen, Erbmaterial in die Wände von arteriellen Blutgefäßen zu verfrachten.

Die jetzige Todesursache Nummer eins in den westlichen Industrieländern könnte einmal ein mögliches Anwendungsgebiet dieser Versuche werden: Herz- und Kreislaufkrankheiten wie Arteriosklerose oder überhöhter Blutdruck ließen sich im Prinzip durch gentechnisch veränderte Zellen beeinflussen, die darauf programmiert würden, für einen bestimmten Zeitraum blutdrucksenkende Mittel direkt in den Blutstrom abzusondern. Die derzeit wohl spektakulärste Errungenschaft auf diesem Gebiet aber stellt die „Genkanone“ dar, eine Apparatur, mit der sich DNA-Moleküle wie Kugeln verschießen lassen („Nature“, Band 346, S.776). Dabei nutzt man die Eigenschaft nackter Erbsubstanz aus, sich an mikroskopisch kleine Partikel aus Gold oder Tungsten anzuheften. Die Teilchen können dann durch allerlei explosionsartige Verbrennungsprozesse (auch Schwarzpulver kommt vereinzelt zum Einsatz) abgefeuert werden. Vorläufig allerdings ist diese Anwendung erst bis zum Reagenzglas fortgeschritten, so daß die Spekulation darüber, ob jemals Patienten mit einer Genkanone beschossen werden könnten, den Autoren von Science-Fiction-Romanen vorbehalten bleibt.

Quellen:

  • Wolff JA, Malone RW, Williams P, et al. Direct gene transfer into mouse muscle in vivo. Science. 1990;247(4949 Pt 1):1465–1468. doi:10.1126/science.1690918.
  • Felgner, P., Rhodes, G. Gene therapeutics. Nature 349, 351–352 (1991). doi: 10.1038/349351a0.
  • Johnston, S. Biolistic transformation: microbes to mice. Nature 346, 776–777 (1990). doi: 10.1038/346776a0.

(erschienen in „DIE WELT“ am 9. Februar 1991)

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Wenn Gene aus der Kanone fliegen

Geschrieben von Michel2015

Während eine gespannte Öffentlichkeit die ersten zaghaften Versuche zur Gentherapie beim Menschen verfolgt, planen Biologen und Mediziner schon den nächsten Schritt in die Zukunft. Doch wie soll die Raffinesse eines Verfahrens übertroffen werden, in dem gentechnisch veränderte Viren winzige Bruchstücke der menschlichen Erbinformation in hochspezialisierte Immunzellen einschmuggeln, die dann – so die Hoffnung aller Beteiligten – zu Milliarden ausschwärmen, um die Arbeit des Chirurgen überflüssig zu machen?

Nicht komplizierter, sondern einfacher müssen die Techniken werden, damit möglichst viele kranke Menschen von den Ergebnissen der modernen Biologie profitieren können, so lautet die verblüffende Antwort der Experimentatoren. Erste Resultate weisen darauf hin, daß die Retroviren, welche in der Vergangenheit zum Gegenstand hitziger Diskussionen wurden, bald abgelöst und durch simplere Methoden des Gentransfers ersetzt werden könnten, Bisher hatte man die Viren als „Schlüssel“ zur Zeile angesehen, weil sie sich darauf spezialisiert hatten, ihr eigenes Erbmaterial zwischen die Gene der Wirtszelle einzuschmuggeln.

Steven Rosenberg und seine Mitarbeiter am National Institute of Health im amerikanischen Maryland hatten sich diese Eigenschaft zunutze gemacht, die Viren ihrer Vermehrungsfähigkeit beraubt und sie dann zu „Genfähren“ umgebaut. Vielversprechende Erbanlagen, wie jüngst die Bauanleitung für den Tumor Nekrose Faktor, konnten so mit Hilfe der gezähmten Viren Zellen des menschlichen Immunsystems hinzugefügt werden. Theoretisch kann jedes Gen, jeder molekulare Bauplan. den die Forscher bisher isolieren konnten, auf diese Weise verfrachtet werden und defekte oder fehlende Erbanlagen ersetzen.

Da die Anzahl bekannter Gene schon seit Jahren explosionsartig zunimmt, verfügen die Wissenschaftler schon heute über ein ganzes Arsenal an molekularen Blaupausen, beispielsweise für Hormone und Wachstumsfaktoren, strukturgebende Eiweiße oder Botenstoffe des Immunsystems. Dazu gehören auch solche Gene, deren Abwesenheit oder Defekt für eine Reihe verheerender Erbkrankheiten verantwortlich sind.

Die Gentherapie zielt nun darauf ab, die jeweils betroffenen Zellen zu reparieren, doch ergeben sich hier mehrere Engpässe, die bisher noch nicht überwunden werden konnten: Zum einen widersetzen sich die weitaus meisten der über 200 Zelltypen in unserem Körper dem Gentransfer mittels Retroviren. Die beiden bisher angelaufenen Versuche zur Gentherapie am Menschen beschränkten sich auf die Manipulation von weißen Blutzellen; diese aber sind mit einer Lebensdauer von wenigen Monaten relativ kurzlebig, so daß die Behandlung vermutlich mehrmals – oder gar lebenslang – wiederholt werden muß.

Ein weiteres Argument gegen die Viren lautete: Durch den rein zufälligen Einbau fremder Gene irgendwo auf dem über einen Meter langen menschlichen Erbgut könnten lebenswichtige Erbanlagen auseinandergerissen oder Onkogene aktiviert werden, die dann Krebserkrankungen auszulösen vermögen.

Obwohl eine weitere neue Technik, das „Gene-Targeting“, den Einbau der Ersatzgene zu einem hochpräzisen Vorgang machen könnte, bliebe ein drittes Problem weiter ungelöst: Die Prozedur läßt sich aller Voraussicht nach nicht rückgängig machen. Sollten unerwünschte Nebenwirkungen auftreten, kann der behandelnde Arzt ein einmal transferiertes Gen nicht einfach „absetzen“, wie dies etwa bei einem Arzneimittel möglich wäre.

Trotz aller Einwände und Bedenken könnte die Gentherapie bei einer Reihe von gravierenden Krankheiten zum Einsatz kommen; zunächst vor allem in solchen Fällen, bei denen alle anderen Methoden versagen. In jüngster Zeit konnte zudem gezeigt werden, daß ein Gentransfer auch ohne Viren stattfinden kann. So gelang es beispielsweise John Wolff vom Waisman Center der Universität Wisconsin in Zusammenarbeit mit Philip Felgner von der kalifornischen Firma Vical, intakte Gene durch direktes Einspritzen in die Muskelzellen von Mäusen zu übertragen („Science“, Band 247, S.1465).

Wolff und Felgner beobachteten, daß die eingebrachten Gene in den Versuchstieren die Produktion dreier Eiweißstoffe (CAT, Luziferase und ß-Galaktosidase) dirigierten – und das bis zu sechs Monaten. Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler auch recht genau steuern, wieviel Eiweiß produziert wurde, indem sie die Menge an injizierter DNA entsprechend veränderten. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, auch solche Krankheiten zu behandeln, bei denen sich die Gentherapeuten bislang in einer Sackgasse wähnten.

Ein Einbau von Genen in das Erbgut der Zielzellen ist, das bestätigten auch andere Arbeitsgruppen, nicht mehr in allen Fällen nötig. Dies verwunderte die Experten vor allem deshalb, weil fremde, „nackte“ Erbsubstanz (DNA) nach bisheriger Erkenntnis von den infizierten Zellen binnen kurzer Zeit in ihre Bausteine zerlegt werden sollte. Trotzdem meldete fast ein Dutzend voneinander unabhängiger Laboratorien, daß die Fremd-DNA teilweise über Monate hinweg intakt blieb und das biochemische Geschehen der Wirtszelle dirigierte („Nature“, Band 349, S. 351).

Nicht nur die Nadel dient indes dazu, die molekularen Baupläne in Form von DNA an Ort und Stelle zu verfrachten. Vielmehr haben die Forscher ein ganzes Arsenal von Methoden entwickelt, um beispielsweise auch diejenigen Zellen zu erreichen welche die Atemwege auskleiden oder die Wände unserer Blutgefäße bilden. Bestandteile der Zellmembran etwa – sogenannte Phosphoglyceride – können mit Wasser nach einer Ultraschallbestrahlung tropfenförmige Strukturen bilden, die in der Lage sind, Erbsubstanz zu transportieren Mit diesen mikroskopisch kleinen Kügelchen (Liposomen) gelang es beispielsweise bei Schweinen, Erbmaterial in die Wände von arteriellen Blutgefäßen zu verfrachten.

Die jetzige Todesursache Nummer eins in den westlichen Industrieländern könnte einmal ein mögliches Anwendungsgebiet dieser Versuche werden: Herz- und Kreislaufkrankheiten wie Arteriosklerose oder überhöhter Blutdruck ließen sich im Prinzip durch gentechnisch veränderte Zellen beeinflussen, die darauf programmiert würden, für einen bestimmten Zeitraum blutdrucksenkende Mittel direkt in den Blutstrom abzusondern. Die derzeit wohl spektakulärste Errungenschaft auf diesem Gebiet aber stellt die „Genkanone“ dar, eine Apparatur, mit der sich DNA-Moleküle wie Kugeln verschießen lassen („Nature“, Band 346, S.776). Dabei nutzt man die Eigenschaft nackter Erbsubstanz aus, sich an mikroskopisch kleine Partikel aus Gold oder Tungsten anzuheften. Die Teilchen können dann durch allerlei explosionsartige Verbrennungsprozesse (auch Schwarzpulver kommt vereinzelt zum Einsatz) abgefeuert werden. Vorläufig allerdings ist diese Anwendung erst bis zum Reagenzglas fortgeschritten, so daß die Spekulation darüber, ob jemals Patienten mit einer Genkanone beschossen werden könnten, den Autoren von Science-Fiction-Romanen vorbehalten bleibt.

Quellen:

  • Wolff JA, Malone RW, Williams P, et al. Direct gene transfer into mouse muscle in vivo. Science. 1990;247(4949 Pt 1):1465–1468. doi:10.1126/science.1690918.
  • Felgner, P., Rhodes, G. Gene therapeutics. Nature 349, 351–352 (1991). doi: 10.1038/349351a0.
  • Johnston, S. Biolistic transformation: microbes to mice. Nature 346, 776–777 (1990). doi: 10.1038/346776a0.

(erschienen in „DIE WELT“ am 9. Februar 1991)

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Spermien als Fähren für fremdes Erbgut?

Geschrieben von Michel2015

Mit das Schönste an meinem Beruf ist das Privileg, mit dabei sein zu dürfen, wenn Forscher Neues entdecken. Doch auch ein Blick in die Vergangenheit kann lehrreich sein. Deshalb werde ich bei Simmformation künftig außer aktuellen Entwicklungen auch den einen oder anderen ausgewählten Artikel aus dem Archiv hier auf die Startseite holen. Wir beginnen mit einem Artikel aus meiner Praktikantenzeit bei der WELT. Das war anno 1989 und ich bin froh, dass ich offenbar das richtige Gespür hatte und dem Titel  ein Fragezeichen hinzufügte…

Die Fähigkeit von Samenzellen, fremdes Erbgut in Form von DNA-Bruchstücken aufzunehmen, könnte die Übertragung von Genen (Gentransfer) zwischen verschiedenen Tierarten erheblich erleichtern. Auch die heiß diskutierte Gentherapie, bei der Krankheiten durch Transplantation fremder Gene kuriert werden sollen, würde stark vereinfacht. Fieberhaft versuchen Wissenschaftler zurzeit die Ergebnisse einer italienischen Arbeitsgruppe zu wiederholen, die nach eigener Aussage ein genial einfaches Verfahren gefunden hat, fremde Gene in tierische Keimzellen einzuschleusen. Wenig mehr als das Eintauchen von Spermien in eine Lösung fremder DNA soll genügen, um die Samenzellen zu „Genfähren“ zu machen.

Römische Forscher um Corrado Spadafora hatten Mäusespermien im Reagenzglas mit fremdem Erbmaterial vermischt. Nach der Befruchtung von Eizellen entstanden Embryonen, die in die Eileiter weiblicher Mäuse transferiert wurden. Von 250 derart gezeugten Mäusen trugen fast 30 Prozent die fremde DNA in ihren Körperzellen. Bei dem bisher üblichen Verfahren werden die fremden Gene mit aufwendigen Injektionsapparaturen in die Kerne bereits befruchteter Eizellen gespritzt. Diese Arbeit ist sehr zeitaufwendig und verlangt erhebliches Geschick aufseiten der Experimentatoren. Maximal jede vierte so „hergestellte“ Maus ist transgen, trägt also fremdes Erbmaterial zusätzlich zu ihrem eigenen. Wie die Arbeitsgruppe berichtete, gelang es, die neue Methode auch bei Krallenfröschen anzuwenden. Ein sizilianisches Forscherteam konnte bei Seeigeln ähnliche Erfolge erzielen.

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Andere Forscher nehmen die Ergebnisse allerdings mit Skepsis auf: Dr. Ulrich Rüther vom Europäischen Molekularbiologischen Laboratorium (EMBL) in Heidelberg, der sich schon seit Jahren mit der Übertragung fremder Gene auf die Maus beschäftigt: „Ich glaube nicht, dass es funktioniert.“ Die Art und Weise, wie die Analyse in dem Fachblatt „Cell“ präsentiert wurde, entspreche nicht dem wissenschaftlichen Standard; wichtige Kontrollversuche fehlten, allgemein sei der Artikel sehr oberflächlich geraten.

Bereits 1971 erschien ein Artikel in den „Proceedings“ der Amerikanischen Akademie der Wissenschaften, in dem von der Übertragung fremder DNA mittels Kaninchenspermien berichtet wurde. Damals verfügte man aber noch nicht über die Nachweismöglichkeiten, die heute durch die Wissensexplosion auf dem Gebiet der molekularen Biologie zur Verfügung stehen. Ohnehin beachteten nur wenige Forscher die Arbeit.

Die Idee, dem Samen auf dem Weg zur Eizelle auch noch fremdes Erbgut mitzugeben, ist also nicht so ungewöhnlich. „Ich weiß von Leuten, die das zum Teil schon seit Jahren versuchen“, erklärte Rüther. Bis jetzt habe es allerdings nicht geklappt. Ungewöhnlich sind die Begleitumstände, unter denen der Artikel veröffentlicht wurde. Die angesehenen Schweizer Molekularbiologen Max Birnstiel und Meinrad Busslinger hatten in der gleichen Zeitschrift den Beitrag der Italiener in einem Übersichtsartikel gewürdigt. Beide arbeiten am Forschungsinstitut für molekulare Pathologie in Wien, Birnstiel als dessen Direktor. Diese Forschungsstätte wird sowohl von Boehringer Ingelheim als auch von der amerikanischen Firma Genentech finanziell unterstützt und hat nun Patentansprüche angemeldet, die auf Spadaforas Arbeit basieren.

Beide Gruppen standen während der Experimente in engem Kontakt miteinander, eine Tatsache, die in dem Übersichtsartikel der Schweizer nicht erwähnt wird. Birnstiel und Busslinger empfehlen den Lesern der Zeitschrift allerdings, den Artikel der Italiener mit ebenso großer Skepsis zu behandeln wie die Berichte zur Kernfusion bei Raumtemperatur (der Beweis für dieses Phänomen ist immer noch nicht erbracht). Wie Birnstiel bekannt gab, werde zurzeit auch in seinem Labor an der Wiederholung des Versuchs gearbeitet.

(erschienen in der WELT am 8. Juli 1989)

Quellen164-glasses-2@2x: Lavitrano M, Camaioni A, Fazio VM, Dolci S, Farace MG, Spadafora C. Sperm cells as vectors for introducing foreign DNA into eggs: genetic transformation of mice. Cell. 1989 Jun;57(5):717-23. PubMed PMID: 2720785.

Brackett BG, Baranska W, Sawicki W, Koprowski H. Uptake of heterologous genome by mammalian spermatozoa and its transfer to ova through fertilization. Proc Natl. Acad Sci U S A. 1971 Feb;68(2):353-7. PubMed PMID: 5277085.

59-info@2x Was ist daraus geworden? Professor Spadafora forscht immer noch an dem Verfahren, im Jahr 2012 hat er sogar ein ganzes Buch dazu heraus gebracht. Als „Spermienvermittelter Gentransfer“ wird die Methode in der Wikipedia beschrieben, und der englische Suchbegriff „sperm mediated gene transfer“ lieferte bei Google zuletzt 426.000 Ergebnisse. Was immer der Grund sein mag: In der Praxis hat sich das Verfahren meines Wissens nicht durchsetzen können. Ich bin froh, dass ich seinerzeit hinter die Unterzeile „einfaches Verfahren zur Genübertragung entdeckt“ ein Fragezeichen gesetzt habe. (aktualisiert am 18. August 2015)

Die WELT, , , , ,