Die Crispr/Cas-Methode ist in Verruf geraten. Schuld daran ist der chinesische Wissenschafter He Jiankui von der Universität in Shenzhen, der die Crispr-Babys erschaffen hat. Mit dem Gen-Editier-Werkzeug hat der Chinese das Erbgut von gesunden Embryonen so verändert, dass diese vorm HI-Virus verschont bleiben sollen, das ihr Vater trägt. Diese Versuche am Menschen haben weltweite Entrüstung ausgelöst. Der Eingriff in die Keimbahn – und damit eine mögliche weitere Vererbung der Manipulation auf die nächste Generation– gilt als Verbrechen. Der Wissenschafter, der seine Entwicklung Ende 2018 über Youtube publik gemacht hatte, wurde von der Universität ausgeschlossen, geächtet und von der Justiz verfolgt.

Fraglos ist die Gen-Editier-Methode, auch Gen-Schere genannt, aber ein Hoffnungsträger in der Medizin, wenn dabei nicht in die Keimbahn eingegriffen wird. Vor allem in den USA ist sie bereits medizinische Praxis. Versprochen wird in Zukunft diese und jene Erbkrankheit heilen zu können. Das ist für Menschen, die heute von einer als unheilbar bezeichneten Krankheit betroffen sind, mehr als nur ein Hoffnungsschimmer.

Mit der Schere Gene ersetzen und verändern

Mit dieser Methode lassen sich in Zellen einzelne Gene entfernen, ersetzen oder verändern. Forscher können die Aktivität der Gene erhöhen oder reduzieren. Genutzt wird das nicht nur in der Grundlagenforschung, sondern vor allem auch in der Pflanzenzüchtung. Denn eigentlich ist die Crispr/Cas-Methode nur der Natur abgeschaut, wie ETH-Biologie-Professor Ernst Hafen kürzlich gesagt hat. Die Natur wende diese Methode in den Bakterien schon seit 3,5 Milliarden Jahren an und sie sei nun vom Menschen für seine Zwecke entdeckt worden. Jetzt haben Forscher der ETH Zürich unter Leitung von Randall Platt, Professor am Departement für Biosysteme der ETH Zürich in Basel, eine bahnbrechende Weiterentwicklung der Methode im Wissenschaftsjournal «Nature Methods» vorgestellt. Mit der Gen-Editier-Methode konnten die Forscher bis anhin nur ein Gen aufs Mal verändern. Selten gelang es, gleichzeitig vielleicht drei oder in einem Einzelfall sieben Gene gleichzeitig zu verändern. Platts Entwicklung macht es nun möglich, 25 Stellen innerhalb eines Genoms einer Zelle gleichzeitig zu verändern. Gemäss Platt lässt sich diese Zahl sogar noch bis zu hundert Genen steigern. «Diese Technologie eröffnet uns neue Perspektiven», sagt Randall Platt, der zur Zeit in New York weilt. Da mit der Methode nicht nur ein Gen, sondern gleichzeitig mehrere beeinflusst werden, lassen sich erstmals ganze Gennetzwerke in einem Schritt gezielt verändern.

, sagt Platt. Und Gene, die zusammenarbeiten formen neue Netzwerke. «Mit der Manipulation mehrerer Gene in einem Netzwerk haben wir eine bessere Kontrolle des Systems.»

Die Manipulation einzelner Gene sei zwar ein wichtiges Werkzeug, ergebe aber kein umfassendes Verständnis wie die verschiedenen Kombinationen von Genen miteinander arbeiteten, um verschiedene Zellfunktionen zu ermöglichen. Dank der neuen Methode werden die Abläufe und das Verhalten der Gennetzwerke besser verstanden. «Darüber hinaus können wir nun, die in der Natur vorkommenden biologischen Vorgänge nachbilden», sagt Platt.

Erbkrankheiten heilen

«Die Methode hat vor allem für die Programmierung von Stammzellen für ausgereifte Zelltypen einen medizinischen und biotechnologischen Wert.» Die Ursache für eine Krankheit sei oft der Verlust eines bestimmten Zelltyps im Körper. Zum Beispiel der Verlust von Neuronen bei neurodegenerativen Krankheiten, welche die Funktion bestimmter Hirnareale oder Nervenbahnen einschränken.

, sagt Platt. Eine grosse Herausforderung auf diesem Forschungsgebiet bestehe darin, den jeweils gesuchten Zelltyp zu finden. Dabei könne die neue Technologie helfen. Sie gebe den Wissenschaftern ein Werkzeug in die Hand, mit dem Zellen leichter umprogrammiert werden könnten..

Werkzeug mit Enzym und RNA-Molekül

Damit die Crispr/Cas-Methode funktioniert, sind ein Enzym namens Cas und ein kleines RNA-Molekül notwendig. Die Abfolge an RNA-Bausteinen dient als Adressetikette, um das Enzym Cas an den gewünschten Wirkungsort auf den Chromosomen zu lenken. Die ETH-Forscher haben ein ringförmiges DNA-Molekül, ein Plasmid geschaffen, auf die Bauinformation des Cas-Enzyms liegt wie auch die einer Vielzahl von RNA-Adressmolekülen. Platts Team führte dieses Plasmid in menschliche Zellen ein und bewies damit, dass sich gleich mehrere Gene verändern und regulieren lassen. In der neuen Methode wird nicht wie sonst bei der Gen-Schere das Cas9 verwendet, sondern Cas12a. Es gibt viele Typen von Cas-Proteinen mit verschiedenen Funktionen. Cas9 und Cas12a sind verwandte Proteine - Schwestern wie Platt sagt, aber doch verschieden in mancher Hinsicht, strukturell und funktional. Für die neue Methode entscheidend ist, dass Cas12a eine doppelte Enzym-Funktion hat, es kann DNA und RNA schneiden. Cas12a nutzt ein kleines RNA-Molekül, mit dem einfacher und billiger gearbeitet werden kann.