Genome Editing mit Crispr nicht immer präzise: Die Axt im Gen-Walde
Milliarden US-Dollar werden in Gentherapien mit „Crispr“ investiert. Doch die Gen-Schere verschnippelt sich häufiger als gedacht.
Wann genau Menschen erstmals eine Schere in der Hand hielten, weiß niemand so genau. Sicher ist aber, dass das Werkzeug etwa die Friseurbranche oder die Kunst des Scherenschnitts nachhaltig verändert, wenn nicht überhaupt erst ermöglicht hat. Ein ähnlich bedeutender Quantensprung ist die Entdeckung und Nutzung der Gen-Schere CRISPR/Cas9 (kurz Crispr) für das Erforschen des Erbguts und vor allem auch für das Korrigieren und Heilen von Gendefekten. So einfach wie kein anderes Werkzeug ermöglicht es die molekulare Schere im Wust zigtausender Genen nur den gewünschten Bereich im Erbgut zu finden und zurechtzuschneiden. Obwohl erst seit etwa fünf Jahren im Gebrauch wird die Technik – auch von der in Berlin forschenden Wissenschaftlerin Emmanuelle Charpentier entdeckt und nutzbar gemacht – bereits in sechs klinischen Studien am Menschen getestet – etwa zur Behandlung von Krebs oder Infektionen mit dem Aids-Virus HIV. Die Erwartungen sind groß und die Investitionen in Firmen wie Crispr Therapeutics, Intellia oder Editas, die solche „Genome-Editing“-Therapien entwickeln, summieren sich mittlerweile auf mehrere Milliarden US-Dollar. Die Börsenkurse dieser Firmen dürften nun unter Druck geraten, denn es gibt schlechte Nachrichten.
Erbgutstücke gehen verloren, werden umgedreht oder versetzt
Die Gen-Schere schneidet durchaus nicht immer so wie erwartet – das hat die Forschergruppe des Zell- und Molekularbiologen und ehemaligen Direktors des britischen Sanger Institutes Allan Bradley herausgefunden. Demnach gehen nach einem Schnitt mit Crispr mitunter ganze Erbgutabschnitte verloren – bis zu 9500 DNS-Bausteine groß. In anderen Fällen werden Teile des Erbgutfadens verkehrt herum gedreht oder es werden Stücke eingefügt, die aus ganz anderen Erbgutbereichen stammen. Wäre das Erbgut ein Scherenschnitt von Goethes Profil, so würde dem Dichter mitunter die Nase fehlen oder eine verirrte Locke auf der Oberlippe kräuseln.
Komisch ist das angesichts der therapeutischen Hoffnungen, die mit Crispr verbunden sind, nicht: Bisherige Überprüfungen der Technik hätten einen substanziellen Anteil von Erbgutveränderungen durch die Schnitte von Crispr übersehen, die möglicherweise krankheitsverursachende Konsequenzen haben könnten, schreiben Bradley und Kollegen im Fachblatt „Nature Biotechnology“. Das bedeutet: Unter den Milliarden Zellen, die mit Crispr zum Wohle der Patienten optimiert werden, könnten Millionen fehlerhaft veränderte sein, von denen einige schlimmstenfalls Keim für neue Krebserkrankungen sein könnten.
Bedenkenswerte Ergebnisse
Das seien „wertvolle, bemerkens- und bedenkenswerte“ Analysen, sagt Klaus Rajewsky, der am Berliner Max-Delbrück-Centrum Crispr-basierte Gentherapien entwickelt. Dabei entnehmen Forscher den Patienten Zellen, bislang zumeist blutbildende, und verändern dann deren Erbgut mit Hilfe der Gen-Schere, bevor der Patient die Zellen zurückbekommt. Entweder wird so ein Gendefekt korrigiert oder ein defektes Gen stillgelegt. Bradley stellte das Verfahren im Labor nach – zunächst mit Zellen aus Mäusen, dann mit einer menschlichen Zelllinie, die er vergleichbar mit Zelllinien in der klinischen Anwendung bezeichnet. In diesem Testsystem ließ Bradley die Crispr-Schere in einem Gen namens Pig-A schneiden. Ob es wie gewünscht ausfällt, lässt sich mit einer einfachen Fluoreszenz-Technik (FLAER) überprüfen: Ist das Pig-A-Gen defekt, fluoreszieren die Zellen nicht mehr. Setzte Bradley die Gen-Schere inmitten des Pig-A-Gens an, verloren wie erwartet bis zu 97 Prozent der Zellen die Fluoreszenz. Allerdings passierte das auch, wenn Bradley den Schnittpunkt gar nicht im Gen, sondern hunderte oder tausende Bausteine entfernt auf dem DNS-Faden wählte. Acht bis 20 Prozent der Zellen fluoreszierten nicht mehr, wenn Crispr 263 oder 520 Bausteine entfernt vom Gen schnitt, und selbst bei 6000 Bausteinen Entfernung fiel das Pig-A-Gen noch in fünf bis sieben Prozent der Zellen aus.
"Man findet nur, wonach man sucht"
Um zu überprüfen, was genau im Erbgut nach einem Schnitt einer Gen-Schere im Erbgut passiert, schauen sich Forscher in der Regel nur den Bereich des DNS-Fadens an, der links und rechts neben dem Schnittpunkt liegt. Auf solchen Analysen basiert die oft zitierte Aussage, Crispr sei besonders „präzise“. Allerdings haben Forscher wohl bislang nicht genau genug hingesehen, was dann nach dem präzisen Schnitt passiert. „Man kann nur finden, wonach man sucht“, sagt Toni Cathomen, der an der Universität Freiburg Crispr-basierte Gentherapien entwickelt und auch Methoden entwickelt, um die Funktionen und Fehlfunktionen von Gen-Scheren besser untersuchen zu können. Bradley schaute genauer hin. Er sequenzierte große Erbgutabschnitte links und rechts der Zielsequenz von Crispr und entdeckte, dass infolge des Crispr-Schnitts lange DNS-Stücke verloren, umgedreht und versetzt werden können. „Extensive Genom-Schäden sind eine übliche Folge an allen untersuchten Orten im Erbgut“, so die Schlussfolgerung.
Noch fehlen die Tests, die Crispr-Schnitte überprüfen können
Auch andere Forschergruppen haben in jüngster Zeit auf Nebenwirkungen der Crispr-Schere im Erbgut hingewiesen, Nicht alle stellten sich als relevant heraus. Ob nun die Zulassungsbehörden in den USA und Europa, FDA und EMA, auf Bradleys Ergebnisse mit vorübergehenden Stops der klinischen Studien reagieren, ist offen. Schon jetzt fordern die Behörden von den Firmen möglichst genaue Analysen über den Zustand des veränderten Erbguts der Zellen, bevor sie den Patienten verabreicht werden dürfen, sagt Cathomen. Nur gebe es leider noch keine ausreichend präzisen Tests. Zwar hat Bradleys Experiment gezeigt, was alles passieren kann. Als Test für die Millionen und Milliarden von Zellen, die Patienten verabreicht werden sollen, eignet sich die Methode aber nicht.