Zuletzt aktualisiert: Dezember 2020

Genschere zur Bekämpfung von Tumorzellen

Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) gelten Krebserkrankungen als die zweithäufigste Todesursache weltweit. Neben dieser tragischen Realität stellen die bisherigen Therapien eine physische, finanzielle und psychische Belastung für Patienten und deren Angehörige dar.

Das globale Ausmaß der Krankheit ist nur eine von vielen Ursachen, weshalb Wissenschaftler seit Jahrzehnten nach möglichen Heilungsmethoden suchen. Die neue Studie eines israelischen Forscherteams aus Tel Aviv belegt den Erfolg der sogenannten Genschere gegen Krebs bei Versuchstieren. Das Verfahren und dessen Effektivität werden im folgenden Artikel vorgestellt.

Genetische Mutation als Krebsursache

Um die neuen Ansätze zur Krebstherapie nachzuvollziehen, wird zunächst ein grundlegendes Verständnis für die Entstehung diverser Krebsarten vorausgesetzt.

Im Fall einer Krebserkrankung kommt es zu Mutationen in der Erbsubstanz. Die Reihenfolge der sogenannten Nukleotide bildet die individuelle DNA.

Im Zuge unterschiedlicher Genmutationen können Nukleotide in der Sequenz eingeschoben, vertauscht oder entfernt werden. Diese kleinen Veränderungen werden in seltenen Fällen von den zelleigenen Reparaturmechanismen nicht registriert. Folglich kann sich die mutierte Zelle vermehren.

Bei ausreichender Nährstoffversorgung bildet sich eine Anhäufung der entarteten Zellen – ein Tumor. Dieses unkontrollierte Wachstum kann auf naheliegendes Gewebe übergreifen.

Durch den Anschluss an die Blutbahn oder den Lymphstrom kann der Tumor zudem Tochtergeschwülste – sogenannte Metastasen – im gesamten Körper streuen. Dadurch wird gesundes Gewebe nahe der Zellansammlungen zerstört, was zu Funktionsstörungen der Organe bzw. der Gewebestrukturen führen kann.

Genschere – Revolution in der molekularen Biochemie

Wie jedes Jahr wurden auch im Oktober 2020 die neuen Nobelpreisträger verschiedener Forschungsbereiche bekannt gegeben. Den Nobelpreis für Chemie erhielten die Forscherinnen Emmanuelle Charpentier (aus Frankreich) und US-Amerikanerin Jennifer Doudna. Auf dem Gebiet der Biochemie gelten sie als die Erfinderinnen der Genschere CRISPR/Cas9.

In wissenschaftlichen Kreisen wird das CRISPR/Cas9 System mit einer adaptiven Immunabwehr verglichen. Dabei wird die Abfolge der DNA von Erregern erkannt und bei erneutem Auftreten durch das Zerschneiden dieser Sequenz unschädlich gemacht.

Mithilfe einer Injektion von RNA werden Zellen zur Herstellung des sogenannten Cas9 Proteins, in Bezug auf diese Erkennungssequenz, angeregt.

Cas9 hat die Fähigkeit, eine bestimmte Abfolge von Nukleotiden in der DNA zu erkennen und anschließend zu zerschneiden.

Woran erkennt das Cas9 Protein jedoch virale DNA Abfolgen?

An dieser Stelle kommen die CRISPR Sequenzen ins Spiel. Ins Deutsche übersetzt, beschreibt die Abkürzung kurze Wiederholungssequenzen. Eine bestimmte Abfolge von Basenpaaren in der DNA tritt demnach immer wieder im Erbgut auf. Die DNA-Stücke zwischen diesen CRISPR Sequenzen weisen auf Gene hin, die von einem Erreger irgendwann in die Zelle injiziert wurden. Das CRISPR System erkennt die schädlichen DNA Stücke und leitet diese Information als kopierte Teilsequenz an die Cas9 Proteine weiter. Gelangt nun ein Virus mit dieser Erbgutsequenz an die Zelle, um diese erneut zu infizieren, erkennt Cas9 die Gefahr. Das Protein zerschneidet dann die Erreger-DNA, wodurch kein Schaden mehr angerichtet werden kann.

Forschern ist es damit möglich, Cas9 Proteine auf konkrete DNA Abschnitte anzusetzen, welche Viren oder zum Beispiel Erbkrankheiten kodieren. Durch diese Methode der Gentechnik kann aktiv in das Erbgut von Pflanzen, Tieren und Menschen eingegriffen werden.

Anwendung zur Krebstherapie – Studie aus Tel Aviv

Wenn demnach Krebszellen durch die Veränderung der Nukleotid-Abfolge entstehen, stellt sich die Frage, ob Cas9 Proteine auch diese Mutationen erkennen können. Die Theorie, dass mit dem CRISPR/Cas 9 System auch die DNA von mutierten Krebszellen zerschnitten werden kann, wurde von einem Forscherteam aus Tel Aviv im November 2020 an Labormäusen getestet.

Im Rahmen der Studie wurden bisher unheilbare Hirntumore (Glioblastome) und Ovarialtumore im Eierstock untersucht. Durch Anwendung und Erweiterung der CRISPR/Cas9 Technik erzielten die Forscher eine Hemmung des Tumorwachstums und eine erhöhte Überlebensrate bei 80 Prozent der Mäuse.

Der Laborleiter der Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research, Dr. Dan Peer, zeigte sich in einem Interview mit der Onlinezeitung „Times of Isreal“ zuversichtlich. Er spricht von einer nebenwirkungsfreien Methode, die mit einem Maximum von drei Behandlungen einen Tumor effektiv bekämpfen soll.

Das israelische Forscherteam aus Versuchsleiter Dr. Daniel Rosenblum in Zusammenarbeit mit Anna Gutkin und Kollegen entwickelte eine Technik zur Tumorbekämpfung anhand von drei Komponenten. Das System besteht aus Lipid Nanopartikeln (LNP), welche als Transportsysteme für RNA Stücke dienen. Die Wissenschaftler haben zudem die dazugehörige RNA Sequenz für die zwei untersuchten Tumorarten gefunden, welche von den Cas9 Proteinen unschädlich gemacht werden. Letztlich wurde im Labor von Dr. Dan Peer ein Navigationssystem entwickelt, um die mutierten Tumorzellen gezielt zu erreichen.

In Bezug auf die Labormäuse war die Studie sehr erfolgreich und wird in zahlreichen Artikeln als bahnbrechender Fortschritt in der Krebsforschung gelobt. Die Forscher selbst sehen darin einen Wegbereiter für neue Therapien zur Behandlung von Krebs und anderen genetischen Krankheiten, so Anna Gutkin.

Doch wo genau liegen weitere Anwendungsbereiche von CRISPR/Cas9 und wie wird die Methode auf den Menschen angewandt?

Möglichkeiten und Grenzen der Genschere

Die CRISPR/Cas 9 Technologie findet bereits Anwendung in der Landwirtschaft.

Saatgut-Konzerne können durch die genetische Manipulation den Ertrag von Pflanzen erhöhen. Auf gleicher Nutzungsfläche kann somit mehr Getreide, Obst, Gemüse etc. geerntet werden, was eine bessere Versorgung der Bevölkerung garantiert. Vom Europäischen Gerichtshof wurde das Verfahren als Gentechnik eingestuft, weshalb diese Produkte im Handel als "genetisch verändert" gekennzeichnet werden.

Der Einsatz in der Humanmedizin ist im Gegenzug wesentlich komplizierter.

Gentechnische Eingriffe müssen durch eine Ethikkommission bewertet werden, da sie eine Vielzahl von Risiken bergen.

Hinsichtlich der Studie aus Tel Aviv kann diese Tumorbehandlung bei Menschen erst dann in Betracht gezogen werden, wenn ein Großteil an Nebenwirkungen ausgeschlossen werden kann.

Obwohl das Verfahren höchst präzise ist, kann das Zerschneiden der DNA dennoch zu neuen Mutationen in der Erregerzelle führen, welche den Tumor noch resistenter machen könnten. Oder die Veränderung des eigenen Erbguts führt, durch den Einsatz der externen RNA Sequenz, zu ungewollten Funktionsverlusten.

Die Sorge um die Injektion eines externen RNA Abschnitts ist berechtigt, allerdings ist das Verfahren einmalig, da entartete Zellen ähnlich den Viren im Immunsystem bei erneutem Auftreten direkt erkannt werden. Die CRISPR Genwerkzeuge werden automatisch von der Zelle entsorgt, doch der zelluläre Schutzmechanismus gegen entartete Zellen bleibt.

Die Methode der Genschere bietet eine Therapiemöglichkeit für Patienten mit verschiedensten genetischen Krankheiten, von denen viele bisher als unheilbar gelten. Gerade aus diesem Grund setzen Forscher, die Krebserkrankungen, HIV, Beta-Thalassämie und weitere Gendefekte untersuchen, viel Hoffnung auf die CRISPR Methode. Aus ethischer Perspektive ist allerdings schwer zu definieren, wo die Grenze für genetische Eingriffe liegen sollte. Das Thema „Designerbabys“ als "perfekte Menschen" wird in diesem Zusammenhang häufig als kritisches Argument gebracht.

Die Studie des israelischen Forscherteams beweist die Wirksamkeit der CRISPR/Cas 9 Technik in der Bekämpfung von Tumoren. Die weiterentwickelte Methode soll laut den Versuchsleitern neue Möglichkeiten zur Krebstherapie bei Menschen eröffnen und damit bisherige Verfahren wie die psychisch und physisch belastende Chemotherapie ablösen.

Auch weitere genetische Krankheiten könnten in Zukunft durch die Genschere behandelt werden. In Abwägung der Chancen und Risiken bleibt die Gentechnik ein spannendes Forschungsfeld, was durch erfolgreiche Studien wie die hier vorgestellte, auf dem Weg zur lebensrettenden Behandlung von genetischen Krankheiten ist.

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