30.08.2021

"CRISPR IST EIN GAMECHANGER"

Welche Bedeutung Biotechnologien wie CRISPR bei der Bekämpfung von Krankheiten haben und welche Möglichkeiten sie für die Forschung eröffnen, diskutieren die Pflanzenbiologin Ortrun Mittelsten Scheid und der Stammzellforscher Nicolas Rivron im ÖAW-Sommergespräch.

Ein Sommergespräch über die molekularbiologische "Genschere" CRISPR mit der ÖAW-Pflanzenbiologin Ortrun Mittelsten Scheid und dem ÖAW-Stammzellforscher Nicolas Rivron. © ÖAW/Klaus Pichler
Ein Sommergespräch über die molekularbiologische "Genschere" CRISPR mit der ÖAW-Pflanzenbiologin Ortrun Mittelsten Scheid und dem ÖAW-Stammzellforscher Nicolas Rivron. © ÖAW/Klaus Pichler

Es kommt nicht oft vor, dass wissenschaftliche Methoden es in die Schlagzeilen der Tagespresse schaffen. Bei der "Genschere" CRISPR war das jedoch der Fall - nicht zuletzt, nachdem ihre Entdeckerin Emmanuelle Charpentier, Mitglied der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), dafür 2020 den Nobelpreis erhielt.

Was an dieser molekularbiologischen Methode so revolutionär ist, wie vielseitig sie eingesetzt werden kann und warum CRISPR dennoch mit einer gewissen gesellschaftlichen Skepsis konfrontiert ist, wissen Ortrun Mittelsten Scheid, Forscherin am GMI – Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der ÖAW, und Nicolas Rivron vom IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie der ÖAW aus ihrer täglichen Forschungsarbeit. Im Sommergespräch gewähren sie Einblicke und schildern, warum man keine Angst vor dieser wissenschaftlichen Methode haben muss.

CRISPR hat sich in kürzester Zeit zum erfolgreichsten Werkzeug der Genom-Editierung  entwickelt. Welche Vorteile bietet die CRISPR-Technologie?

Ortrun Mittelsten Scheid: Es sind vier Komponenten, die diese Technik so erfolgreich gemacht haben. Zum einen die Präzision: CRISPR enthält sehr spezifische „Adressenaufkleber“, welche die Schnittstellen bestimmen. Zum anderen die Universalität: DNA als Zielsubstrat ist in allen Organismen vorhanden. Dazu kommt die Einfachheit des Verfahrens: Es braucht keine hochspezialisierte Ausstattung, sondern es reichen basale molekularbiologische Verfahren. Und schließlich: Die Vielseitigkeit, die  sogenannte guide RNA (gRNA) – das ist jene RNA, die das Cas9-Protein an seine DNA-Zielsequenz führt – kann an eine große Auswahl an Zielstellen angepasst werden.

Welches Potenzial birgt die Sequenzierung  des Humangenoms für die Anwendung bei der  Bekämpfung von Krankheiten?

Aufgrund dieser Revolutionen in der Forschung können wir verstehen, wie eine Krankheit im Organ eines bestimmten Patienten bzw. einer Patientin entsteht.

Nicolas Rivron: Die Kosten für die DNA-Sequenzierung sind so weit gesunken, dass wir jetzt in der Lage sind, jedes Individuum zu sequenzieren. Nun beginnen wir besser zu verstehen, wie sehr kleine Variationen, die wir Mutationen nennen, mit Krankheiten zusammenhängen. Wir haben inzwischen „Kataloge“ von Mutationen, die wir mit bestimmten Krankheiten in Zusammenhang zu bringen versuchen. Seit ungefähr zehn Jahren können wir für die Erforschung dieser Krankheiten nicht nur CRISPR einsetzen, sondern auch patienten-spezifische induzierte pluripotente Stammzellen, mit denen wir in Petrischalen Miniorgane bilden können, sogenannte Organoide. Aufgrund dieser Revolutionen in der Forschung können wir verstehen, wie eine Krankheit im Organ eines bestimmten Patienten bzw. einer Patientin entsteht und welche Medikamente sich zur Behandlung eignen.

Global gesehen verspricht die Biotechnologie, mit weniger Einsatz von Chemikalien oder  Wasser produktivere Pflanzen zu erzeugen.  Welche Beispiele gibt es dazu?

Mittelsten Scheid: Die Liste der ökonomisch und ökologisch erfolgreichen Beispiele wird jede Woche ein Stück länger. Eindrucksvoll ist etwa der Einsatz bei wilden Verwandten der Tomate. Durch gleichzeitige und gezielte Mutation mehrerer Gene wurden mehr Verzweigungen, mehr Blüten, größere Früchte und vorteilhaftere Inhaltsstoffe erzielt. Das ist sozusagen eine Rekapitulation eines jahrhundertelangen Züchtungsprozesses in wenigen Generationen durch den Einsatz von CRISPR. Was durch klassische Züchtung entweder gar nicht oder nur mit unglaublichem Zeit- und Arbeitsaufwand erreichbar ist, kann mit CRISPR zeit- und kostensparend erzielt werden.

Was entgegnen Sie jenen, die bei Stammzellenforschung und genetisch veränderten Pflanzen ethische Bedenken haben?

Die Gesellschaft sollte keine Angst vor der Wissenschaft haben, denn sie ist eine solide Basis, Probleme zu lösen.

Rivron: Die Geschwindigkeit wissenschaftlicher Entwicklungen wird manchmal unterschätzt. Das kann dazu führen, dass Wissenschaft und Gesellschaft in Bezug auf Erkenntnis und Akzeptanz auseinanderdriften. Die schnelle Entwicklung wirksamer Impfstoffe während der Pandemie, einschließlich deren Anpassung an die Mutationen, ist dafür ein aktuelles Beispiel. Wichtig sind öffentliche Diskussionen und Erklärungen, dass genetische Veränderungen von Pflanzen oder Stammzellen in einer Petrischale enormes Potenzial haben, um globale Probleme der Menschheit wie etwa Hunger oder Krankheiten zu lösen. Dabei sollte die Gesellschaft keine Angst vor der Wissenschaft haben, denn sie ist eine solide Basis, Probleme zu lösen.

Mittelsten Scheid: Genetische Veränderungen in Pflanzen passieren täglich, und zwar in kaum vorstellbaren Zahlen. Seit ungefähr 10.000 Jahren wählen Menschen aus dieser Vielfalt der Veränderungen diejenigen aus, die pflanzliche Eigenschaften in unserem Sinne verbessern. Das Ganze nennt man Züchtung. Die mit CRISPR erzielten Veränderungen sind in keiner Weise von einer natürlichen oder chemisch erzeugten Mutation zu unterscheiden. Das höchste Risiko der Technik besteht darin, auf den sinnvollen Einsatz von CRISPR in der Pflanzenzüchtung in Europa zu verzichten. Das wird in all den Debatten unterschätzt.

Sie haben ein Modell der Doppelhelix mitgebracht. Wofür steht CRISPR?

Rivron: CRISPR war in allen Laboren ein „Gamechanger“. Jetzt können wir die mit Krankheiten verbundenen Mutationen auf sehr präzise und einfache Weise in der DNA menschlicher Zellen nachbauen.

Mittelsten Scheid: Die Erfindung von CRISPR ist ein fantastisches Beispiel dafür, wie wichtig die Grundlagenforschung in der Biologie ist. Ohne das
Studium eines Mechanismus, mit dem sich spezielle Bakterien gegen Viren wehren, wäre das Prinzip dahinter vielleicht nie gefunden worden. Man könnte auch sagen: CRISPR ist ein gutes Argument, um viel mehr in Grundlagenforschung zu investieren.

 

Auf einen Blick

Ortrun Mittelsten Scheidist Forschungsgruppenleiterin am GMI – Gregor-Mendel-Institut für Molekulare
Pflanzenbiologie der ÖAW. Zuvor forschte die Biologin u.a. am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Deutschland, sowie in der Schweiz an der ETH Zürich und am Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research in Basel. Sie ist Preisträgerin des Erwin Schrödinger-
Preises der ÖAW.

Nicolas Rivron ist Forschungsgruppenleiter am IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie der ÖAW. Er forschte u.a. in den Niederlanden am MERLN Institute for Technology-Inspired Regenerative Medicine in Maastricht und am Hubrecht Institute for Developmental Biology & Stem Cell Research in Utrecht. 2020 erhielt er einen Consolidator Grant des ERC.

Zum Weiterlesen:

Weitere Interviews mit Wissenschaftler/innen der ÖAW zur Frage, wie sich Herausforderungen der Gegenwart mithilfe der Forschung bewältigen lassen, sind im aktuellen Jahresbericht der Akademie zu finden.

ÖAW-Jahresbericht 2020