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CRISPR/Cas

Sicherheitsbedenken zur Genschere

31.07.2018
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Von Christina Hohmann-Jeddi / Bei der Verwendung der Genschere CRISPR/Cas entstehen größere genetische Schäden als bisher angenommen, wie eine aktuelle Studie zeigt. Die Ergebnisse lassen Sicherheitsbedenken zum Einsatz des Gen-Editing-Verfahrens zu therapeutischen Zwecken aufkommen.

Das als Genschere bekannt gewordene CRISPR/Cas9-System wird in der Grundlagenforschung mittlerweile häufig und vielseitig verwendet. Es kann effektiv jedes gewünschte Gen gezielt ausschalten, um dessen Funktion zu untersuchen. Knockout-Mäuse lassen sich auf diese Weise leicht gewinnen. 

 

Die Methode gilt auch als Hoffnungsträger für die Gentherapie. Bei monogenetischen Erkrankungen ließe sich das krankmachende Gen gezielt inaktivieren oder etwa ersetzen. Obwohl sie noch vergleichsweise jung ist, wird die Methode bereits in sechs klinischen Studien untersucht: fünf zu onkologischen Indikationen und eine zur Behandlung der HIV-Infektion.

 

Um Gene mithilfe von CRISPR/Cas gezielt auszuschalten, müssen Forscher eine etwa 20 Basenpaare (bp) lange guideRNA erstellen, die einer Sequenz des Gens von Interesse entspricht. Diese guideRNA führt das Enzym Cas9, eine Endonuclease, zu dem gewünschten Gen, wo es beide DNA-Stränge schneidet. Dieser Doppelstrangbruch wird nicht von CRISPR/Cas, sondern von in der Zelle vorhandenen Reparatur­enzymen wieder geschlossen. Dabei wird das Gen in der Regel so geschädigt, dass es ausfällt.

 

Größere Schäden an der Schnittstelle

 

Bisher galt als Konsens, dass bei der Reparatur meist Einschübe (Insertionen) oder Verluste (Deletionen) von etwa 20 bp Länge entstehen. Eine systematische Untersuchung von Michael Kosicki und seinen Kollegen vom Wellcome Sanger Institute in Hinxton, Großbritannien, zeigt jedoch, dass nicht selten auch deutlich größere genetische Veränderungen auftreten. Das berichten die Forscher im Fachjournal »Nature Biotechnology« (DOI: 10.1038/nbt.4192). Sie hatten die Genschere bei embryonalen Stammzellen von Mäusen in einem Gen namens PigA schneiden lassen. Dass das Gen ausfällt, erkennt man daran, dass die Zelle nach Anfärben mit einem speziellen Marker nicht fluoresziert. Sie verwendeten verschiedene guideRNAs, die das Cas-Enzym entweder zu den codierenden Bereichen (Exons) des PigA-Gens oder in den nicht codierenden Bereichen (Introns) führten, die vor der Translation herausgeschnitten wurden. Verwendeten die Forscher eine guideRNA, die zu Schnitten in einem Exon führten, war die Ausfallquote bei den Zellen erwartungsgemäß sehr hoch, berichtet das Team. Etwa 59 bis 97 Prozent der Zellen fluoreszierten nicht mehr. Sie hatten folglich ein zerstörtes PigA-Gen.

 

Aber auch bei zehn verschiedenen guideRNAs, deren Ziel in einem Intron und 263 bis 520 bp vom nächsten Exon entfernt lagen, fiel in 8 bis 20 Prozent der Zellen das PigA-Gen aus. Lag der Schnitt mehr als 2000 kb entfernt vom nächsten Exon, fiel noch in 5 bis 7 Prozent die Genfunktion aus. Das weist auf größere Veränderungen hin, da kleine Deletionen oder Insertionen in nicht codierenden Abschnitten die Genfunktion normalerweise nicht beeinflussen. Daher untersuchten die Forscher die Schnittstelle bei einzelnen Zellen, nach Schnitt in einem Intron, genauer. Es zeigte sich, dass in zwei Drittel der Fälle einfache Deletionen aufgetreten waren, die von der Schnittstelle bis zum nächsten Exon reichten, weshalb die Genfunktion ausgefallen war. Diese Deletionen variierten in ihrer Größe. Die Längste war 9500 bp lang.

 

Auch bei guideRNAs, die zu einem Schnitt in einem Exon führten, war die Quote großer Deletionen relativ hoch. Der Publikation zufolge wiesen 20 Prozent der untersuchten Genabschnitte Deletionen auf, die 250 bp und mehr umfassten und zum Teil bis zu 6000 bp lang waren. Zudem entdeckten die Forscher auch kompliziertere Rearrangements des genetischen Materials. Bei etwa 17 Prozent der untersuchten Genabschnitte war zudem eine zusätzliche Läsion wie ein Single Nucleotid Polymorphismus (SNP), eine Deletion oder Insertion enthalten, die nicht an die Schnittstelle angrenzte.

 

Vorsicht bei klinischen Studien

 

»Das ist die erste systematische Untersuchung von genetischen Schäden an der Schnittstelle der Genschere in therapeutisch relevanten Zellen«, sagt Seniorautor Professor Dr. Allan Bradley in einer Mitteilung des Instituts. Die Studie hätte gezeigt, dass das Ausmaß der Schäden bislang unterschätzt worden sei und außerdem die Genveränderungen mit Standardtests nicht zu entdecken seien. Wer klinische Studien mit dem CRISPR/Cas-System plane, müsse überaus vorsichtig vorgehen und sorgfältig auf mögliche negative Konsequenzen wie beispielsweise ein erhöhtes Krebsrisiko achten. /

EuGH: Entscheidung zu CRISPR/Cas-Verfahren

dpa / Der Europäische Gerichtshof (EuGH) hat mit einer Grundsatzentscheidung verhindert, dass mit neueren Gentechnikverfahren veränderte Lebensmittel ungekennzeichnet in die Supermärkte gelangen. Neuere Methoden der sogenannten gezielten Mutagenese wie CRISPR/Cas fielen unter die geltenden EU-Regeln, erklärte das oberste EU-Gericht in Luxemburg. Damit gelten für Lebensmittel, die derart verändert wurden, spezielle Kennzeichnungspflichten. Außerdem müssen beispielsweise Pflanzen, die mit den neuen Verfahren erzeugt wurden, vor der Zulassung auf ihre Sicherheit geprüft werden.

 

Den vorliegenden Fall hatte ein französisches Gericht nach Luxemburg verwiesen. In der entsprechenden EU-Richtlinie aus dem Jahr 2001 sind gentechnisch veränderte Organismen (GVOs) definiert als Organismen, deren genetisches Material so verändert worden ist, wie es auf natürliche Weise nicht möglich ist. Allerdings sind ältere Mutagenese-Verfahren, die als sicher gelten, von den strengen GVO-Regeln ausgenommen. Dabei werden Änderungen im Erbgut erreicht, ohne dass fremde DNA eingefügt wird, etwa durch Bestrahlung. Mit den neuen Mutageneseverfahren ließen sich die gleichen Wirkungen erzielen wie mit der Einführung eines fremden Gens in einen Organismus, erklärten sie. Die dabei entstehenden Gefahren seien größer als bei den älteren Verfahren.

 

Während Umweltschützer das Urteil begrüßten, wurde es von einigen Wissenschaftlern als zu einseitig und ideologieverhaftet kritisiert. Auch der Deutsche Bauernverband befürchtet, dass nun wichtige Züchtungsmöglichkeiten für Pflanzen, die etwa gegen Krankheiten und Hitze widerstandsfähiger seien, fehlten. Viele Unternehmen hatten bereits in den Startlöchern gestanden. /

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