Der Begriff „CRISPR“ hat in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erregt, als Ergebnis einer Debatte unter Wissenschaftlern über die Möglichkeit, die menschliche Keimbahn genetisch zu verändern, und die ethischen Implikationen eines solchen Vorgehens. Bei CRISPR handelt es sich jedoch nicht nur um eine Methode zur Bearbeitung des Genoms von Embryonalzellen, wie die öffentliche Diskussion vermuten ließ, sondern um ein leistungsfähiges, effizientes und zuverlässiges Werkzeug zur Bearbeitung von Genen in jedem Organismus, das unter Biologen große Aufmerksamkeit erregt hat und für eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt wird. So wirft CRISPR neben der Diskussion über das Editieren der menschlichen Keimbahn viele andere ethische Fragen auf, die nicht alle nur den Menschen, sondern auch andere Arten und die Umwelt betreffen.
… CRISPR wirft viele andere ethische Fragen auf, die nicht nur den Menschen, sondern auch andere Arten und die Umwelt betreffen
CRISPRs sind kurze DNA-Sequenzen mit einzigartigen Spacer-Sequenzen, die zusammen mit CRISPR-assoziierten (Cas) Proteinen ein adaptives Immunsystem in vielen Bakterien und Archaeen gegen eindringende Bakteriophagen bilden 1. Unter Verwendung kurzer RNA-Moleküle als Vorlage führt Cas hochgradig sequenzspezifische Schnitte in DNA-Moleküle durch, die zum Einfügen von Genen oder zur präzisen Veränderung der Nukleotidsequenz an der Schnittstelle genutzt werden können. CRISPR wurde erstmals in den 1980er Jahren entdeckt, aber erst in den letzten Jahren haben Wissenschaftler ihr Potenzial erkannt, die Genome aller Organismen zu verändern, von Mikroorganismen über Pflanzen bis hin zu menschlichen Zellen und – besonders umstritten – menschlichen Embryonen. Das CRISPR/Cas-System ist keine bahnbrechende Technologie in dem Sinne, dass es Genom-Editing ermöglicht; Biologen verwenden schon seit einiger Zeit Transkriptionsaktivator-ähnliche Effektornukleasen (TALENs) und Zinkfingernukleasen (ZFNs), um Genome zu editieren. Diese Technologien sind jedoch teuer, technisch anspruchsvoll und zeitaufwändig, da sie Protein-Engineering erfordern, um bestimmte DNA-Sequenzen zu erreichen. CRISPR/Cas hingegen erkennt seine Zielsequenz über Leit-RNA-Moleküle, die kostengünstig und einfach synthetisiert werden können. Ein normales molekularbiologisches Labor kann nun Gene oder ganze Genome vieler Organismen editieren, da CRISPR/Cas keine ausgefeilten Kenntnisse oder teure Ausrüstung erfordert.
Dies hat die ethische Debatte über die Veränderung der menschlichen Keimbahn neu entfacht. Ungeachtet des Geredes über „Designer-Babys“ bietet CRISPR/Cas neue Möglichkeiten, Menschen gegen eine Reihe von Krankheiten immun zu machen oder fatale Gendefekte in einem menschlichen Embryo zu reparieren. Prominente Forscher haben daher ein freiwilliges Moratorium für die Genomveränderung in der Keimbahn des Menschen gefordert, bis Wissenschaftler und Ethiker gemeinsam die Auswirkungen einer solchen Maßnahme analysiert haben 2. Die Debatte läuft auf zwei Seiten hinaus, die sich in einem Patt zwischen „Ja und Nein“ befinden. Die eine Gruppe besteht darauf, dass die Forschung zum Keimbahn-Editing beim Menschen vorangetrieben werden sollte, um die wissenschaftlichen und klinischen Vorteile zu nutzen, während das andere Lager argumentiert, dass das Editing der menschlichen Keimbahn zu unsicher sei oder eine unantastbare ethische Grenze überschreite 3.
… es besteht die Gefahr, dass die Erschwinglichkeit und Effizienz von CRISPR die seit langem bestehenden und berechtigten Bedenken hinsichtlich der Erzeugung und Freisetzung von GVO übergehen könnte.
Allerdings gibt es, abgesehen von der Frage, ob CRISPR für die Bearbeitung menschlicher Keimzellen und Embryonen verwendet werden soll oder nicht, unmittelbarere ethische Bedenken, die angesprochen werden müssen. CRISPR wird bereits zur Veränderung von Insekten, Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen sowie zur Herstellung von Therapeutika für den Menschen eingesetzt.4 Da solche Arbeiten bereits seit Jahren – oder sogar Jahrzehnten – durchgeführt werden, scheint die CRISPR-Technologie in diesen Zusammenhängen keine neuen ethischen Probleme zu schaffen. Es besteht jedoch die Gefahr, dass die Erschwinglichkeit und Effizienz von CRISPR die seit langem bestehenden und berechtigten Bedenken hinsichtlich der Erzeugung und Freisetzung von gentechnisch veränderten Organismen (GVO) zunichte machen könnte. Die jüngste Charakterisierung eines neuen Typ-2-CRISPR-Systems aus Francisella novicida zeigt, dass der Werkzeugkasten der Genom-Editierungstechnologien ständig erweitert wird 5. Folglich besteht ein dringender Bedarf an wirksamen, globalen Vorschriften, die die Prüfung und Freisetzung von GVO in die Umwelt regeln.
Die derzeitigen nationalen und internationalen Vorschriften bieten keine ausreichenden Orientierungshilfen und Kontrollen für diese Anwendungen. Sie fördern daher nicht das Vertrauen der Öffentlichkeit in die Sicherheit von CRISPR-geänderten Organismen oder in die mit ihrer Überwachung beauftragten Behörden. Es ist zu befürchten, dass Missverständnisse und Misstrauen der Öffentlichkeit gegenüber GVO den wissenschaftlichen Fortschritt und die sinnvolle Nutzung von CRISPR behindern werden. Wenn man die Vorschriften und die Forschungsethik für diese Anwendungen von CRISPR durchdenkt – und richtig anpackt -, könnte dies auch dazu beitragen, einen ethischen Rahmen für die Bearbeitung menschlicher Keimbahnen zu schaffen.
In den USA wird die Regulierung gentechnisch veränderter Tiere und Insekten von einer Reihe von Regulierungsbehörden vorgenommen, die das Coordinated Framework for the Regulation of Biotechnology bilden, das 1986 geschaffen wurde, um die behördenübergreifende Regulierung der Biotechnologie zu erleichtern. Der Geltungsbereich und der Regulierungsansatz wurden seit 1992 nicht mehr überarbeitet, aber die einzelnen Behörden innerhalb des Coordinated Framework – die Food and Drug Administration (FDA), das US-Landwirtschaftsministerium (USDA) und die Environmental Protection Agency (EPA) – haben ihre eigenen Richtlinien für bestimmte Anwendungen herausgegeben.
Die Befürchtung ist, dass Missverständnisse und Misstrauen der Öffentlichkeit gegenüber GVO den wissenschaftlichen Fortschritt und die zulässigen Anwendungen von CRISPR behindern
Die 2009 von der FDA herausgegebenen Leitlinien besagen, dass die genetische Veränderung eines Tieres, unabhängig von der Verwendung des Tieres, die Kriterien für die Veterinärmedizin erfüllt und somit vom Center for Veterinary Medicine (CVM) der FDA geregelt wird. Genetisch veränderte Tiere, die zur Erforschung menschlicher Krankheiten und für Medikamententests verwendet werden, werden vom Center for Biologics Evaluation and Research der FDA geregelt. Das Zentrum für Lebensmittelsicherheit und angewandte Ernährung (Center for Food Safety and Applied Nutrition, CFSAP) und das USDA werden hinzugezogen, wenn die Auswirkungen einer vorgeschlagenen Veränderung Prozesse oder Produkte betreffen, die sie beaufsichtigen, z. B. Lebensmittelsicherheit oder Schädlingsbekämpfung. Die EPA, das Innenministerium und der US Fish and Wildlife Service können von Fall zu Fall eine Rolle spielen.
Die EU hat ein stärker zentralisiertes Regulierungssystem, in dem die Europäische Agentur für Lebensmittelsicherheit (EFSA) Risikobewertungen durchführt, während die endgültige Genehmigung eines gentechnisch veränderten Tieres oder einer gentechnisch veränderten Pflanze bei der Europäischen Kommission (EK) liegt. Ähnlich wie in den USA werden Anträge für Humantherapien von der Europäischen Arzneimittelagentur (EMA) geregelt und genehmigt. Andere Länder mit intensiven biomedizinischen Forschungsprogrammen haben ebenfalls ihre eigenen Regulierungs- und Überwachungssysteme. Auf internationaler Ebene gibt es außer dem Übereinkommen über biologische und chemische Waffen, mit dem die Erforschung und Entwicklung biologischer Waffen verhindert werden soll, keine einheitlichen Richtlinien für die Veränderung nicht-menschlicher Organismen.
Einige Anwendungen von CRISPR bei Tieren verbessern die derzeitigen Standardverfahren in den biomedizinischen Wissenschaften. So werden für einige Forschungsprojekte Tierlinien benötigt, die speziell für bestimmte Mutationen gezüchtet werden. Die Verwendung von CRISPR zur Erzeugung dieser Linien führt zu einer geringeren genetischen Variabilität als herkömmliche Zuchttechniken und hilft den Forschern, Mutationen einzuführen, die die von ihnen untersuchten menschlichen Gendefekte genauer repräsentieren 7. Obwohl diese Praxis ethische Fragen aufwirft, wie z. B. den Tierschutz, stellt die Verwendung von CRISPR zu diesem Zweck die bestehenden Vorschriften für Labortiere nicht in Frage.
Andere Anwendungen bei Tieren werfen jedoch neue ethische Bedenken auf. Insbesondere könnte CRISPR eingesetzt werden, um teure TALENs, ZFNs und andere Methoden der genetischen Veränderung zur Verbesserung von Lebensmitteln für den menschlichen Verzehr zu ersetzen. So könnte CRISPR beispielsweise eingesetzt werden, um die Muskelmasse von Tieren zu erhöhen, Nutztiere weniger anfällig für Krankheiten zu machen, den Nährstoffgehalt zu verbessern oder hornlose Rinder zu züchten, die leichter zu handhaben sind. Forschungsgruppen und private Biotech-Unternehmen prüfen derzeit, ob solche Genom-Editierungen machbar und sicher sind. Bisher wurde noch kein gentechnisch verändertes Tier für den menschlichen Verzehr zugelassen; die Zulassung von gentechnisch verändertem Lachs für den menschlichen Verzehr ist seit Jahren bei der FDA anhängig. Es ist jedoch nicht klar, nach welchen Kriterien die FDA – oder eine andere beteiligte Behörde – die Sicherheit von gentechnisch veränderten Tieren für den menschlichen Verzehr beurteilt. Diese Regulierungsprozesse müssen transparenter und nachvollziehbarer sein.
Es gibt noch eine andere, potenziell viel gefährlichere und umstrittenere Anwendung von CRISPR, nämlich die potenzielle Ausrottung von Krankheiten durch die Ausrottung von Krankheitsüberträgern und invasiven Arten 8. Dabei geht es um die Forschung mit der Aedes aegypti-Mücke, die das Dengue-Fieber überträgt, und bestimmten Unterarten der Anopheles-Mücke, die den Plasmodium-Parasiten tragen. Forscher an akademischen Zentren und private Biotech-Firmen erforschen so genannte Gene Drives, um die Krankheitsübertragung zu verhindern, indem sie die weibliche Mücke so verändern, dass sie die Krankheit nicht mehr übertragen kann. Andere zielen darauf ab, männliche Moskitos steril zu machen, um die Fortpflanzung zu verhindern oder die Lebensdauer ihrer Nachkommen zu begrenzen. Solche Methoden könnten eine ganze Spezies ausrotten und erhebliche Folgen für die Umwelt haben.
Der Gentrieb ist ein mächtiges Werkzeug, das die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass das veränderte Merkmal durch sexuelle Fortpflanzung an die Nachkommen weitergegeben wird. Wenn gentechnisch veränderte Organismen in die Umwelt eingeführt werden und sich mit Wildtyp-Organismen paaren, haben ihre Nachkommen im Allgemeinen eine 50 %ige Chance, die veränderten Gene zu erben (Abb. 1). Die Einführung einiger weniger veränderter Stechmücken oder Tiere dürfte daher kaum Auswirkungen haben. Beim Gene-Drive-Verfahren wird jedoch eine durch CRISPR auf einem Chromosom vorgenommene Mutation aktiv auf das Partnerchromosom kopiert, wodurch sichergestellt wird, dass alle Nachkommen und nachfolgenden Generationen das veränderte Genom erben. Über Generationen hinweg würde dies zu einem spürbaren Effekt führen: zum Beispiel zur Verringerung der Übertragungsraten von Dengue-Fieber oder Malaria. Der Einsatz von Gene Drives birgt jedoch auch ein viel größeres Risiko für die Umwelt, da sie das Potenzial haben, eine ganze Spezies zu dezimieren, eine Nahrungsquelle für andere Arten zu eliminieren oder die Ausbreitung invasiver Schädlinge zu fördern.
Abbildung 1: Gene Drives können verwendet werden, um populationsweite Merkmale zu verändern
Der Einsatz von Gene Drives stellt jedoch auch ein viel größeres Risiko für die Umwelt dar, da sie das Potenzial haben, eine ganze Art zu dezimieren …
Wissenschaftler haben bereits strenge Biosicherheitsmaßnahmen und eine öffentliche Überprüfung gefordert, wenn es um die Einführung von veränderten Tieren und Insekten in die Umwelt geht 9. Dennoch bleiben viele Fragen unbeantwortet: Können Off-Target-Effekte von CRISPR – unerwartete Mutationen, die zu unerwünschten Phänotypen führen – kontrolliert werden? Was sind die Auswirkungen auf Tiere oder Menschen, die gentechnisch veränderte Insekten oder Tiere essen? Wird durch die Ausrottung einer ganzen Art – auch wenn sie invasiv oder krankheitsträchtig ist, wie etwa Mücken oder Zecken – das ökologische Gleichgewicht gestört? Werden veränderte Organismen in der Lage sein, in der natürlichen Umwelt zu überleben, und wenn ja, für wie lange? Die Beantwortung dieser Fragen erfordert eine weitaus umfassendere behördliche Aufsicht, als sie derzeit in der Welt besteht.
Das Editieren der Genome von Pflanzen und Bäumen ist nicht neu, und die Debatten über das Für und Wider gentechnisch veränderter Pflanzen werden in den USA und Europa und in jüngster Zeit auch weltweit seit Jahrzehnten geführt. Landwirtschaftlich wichtige Pflanzen wurden gentechnisch verändert, um sie weniger anfällig für Krankheiten und Schädlinge, produktiver und widerstandsfähiger gegen klimatische Veränderungen zu machen. CRISPR unterscheidet sich von anderen Methoden der landwirtschaftlichen Gentechnik dadurch, dass keine fremde DNA mehr mit Hilfe eines Virus, eines bakteriellen Plasmids oder eines anderen Vektorsystems in das Pflanzengenom eingebracht werden muss. Verschiedene Kommentatoren haben daher Änderungen bei der Regulierung von GV-Pflanzen gefordert, da CRISPR- oder TALEN-editierte Organismen nicht mehr als transgene Organismen im engeren Sinne eingestuft würden.
In den USA bietet das Coordinated Framework unter der Zuständigkeit des USDA, der FDA und der EPA Leitlinien für landwirtschaftliche Anwendungen des Genome Editing, aber ihre Vorschriften gelten nur für „Pflanzenschädlinge“ – Tiere, Bakterien, Pilze oder parasitäre Pflanzen, die direkt oder indirekt Nutzpflanzen oder Teile davon schädigen können. Diese Bestimmung kommt in den Regelungsprozess, wenn Teile der Schädlings-DNA in einen Wirtsorganismus eingefügt werden oder wenn bestimmte virale Vektoren verwendet werden. Die Vorschriften für Pflanzenschädlinge regeln auch Eingriffe in Insekten, die für Nutzpflanzen, Pflanzen und Bäume schädlich sind, während Anwendungen von CRISPR, bei denen keine Schädlinge oder Teile von Schädlingen für genetische Eingriffe verwendet werden, nicht unter die geltenden Vorschriften fallen. Da die Verordnungen das Einfügen von DNA als genetisches Material aus einem „Spenderorganismus“ definieren, ist auch unklar, ob die Verordnungen Kopien von Schädlings-DNA abdecken, die im Labor synthetisiert werden.
Ohne klare Sicherheits- und Prüfrichtlinien und ohne öffentliche Beteiligung und Diskussion wird das Vertrauen der Öffentlichkeit in die Sicherheit von gentechnisch veränderten Insekten und Tieren den gleichen Weg gehen wie bei gentechnisch veränderten Lebensmitteln
Der Tier- und Pflanzengesundheitsinspektionsdienst (APHIS), ein Zweig des USDA, prüft Anträge für die Forschung an gentechnisch veränderten Pflanzen. APHIS hat darauf hingewiesen, dass Produkte aus CRISPR/Cas, bei denen lediglich ein Gen gelöscht wird, in den meisten Fällen nicht reguliert würden, da kein neues genetisches Material in das Empfängergenom integriert wird. Substitutionen und Einfügungen von Genen würden von Fall zu Fall geprüft, um festzustellen, ob das eingefügte Merkmal als Schädling gilt. In den letzten Jahren hat APHIS eine Zunahme von Anträgen auf Nichtregulierung von akademischen Zentren und Biotech-Unternehmen festgestellt, die sie bitten, zu bestätigen, dass ihre Produkte nicht unter die geltenden Vorschriften fallen und daher nicht von den Bundesbehörden auf Sicherheit und Wirksamkeit geprüft werden müssen. Der derzeitige Trend zur Deregulierung wird die Erforschung einer Vielzahl von Anwendungen von CRISPR fördern, aber die breite Anwendung dieser Bearbeitungen ohne durchsetzbare Aufsicht könnte sich nachteilig auf Ökosysteme, die biologische Vielfalt und die menschliche Gesundheit auswirken.
Im Gegensatz zu den USA hat die Europäische Union (EU) ein viel strengeres Regelwerk für gentechnisch veränderte Pflanzen in der Landwirtschaft. Sie verlangt eine umfassende Risikobewertung durch die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), bevor die EU entscheidet, ob sie die Zulassung für die Verwendung in der EU erteilt oder verweigert. Die EU-Verordnung betrachtet derzeit alle gentechnisch veränderten Pflanzen oder Tiere als transgen – unabhängig davon, ob es sich um die Einfügung fremder DNA oder um direktes Genom-Editing handelt – und unterliegt daher einer Regulierung und Risikobewertung. Es gibt jedoch eine anhaltende Debatte darüber, dass CRISPR- oder TALEN-editierte Pflanzen ohne fremde DNA nicht demselben Regulierungssystem und derselben Risikobewertung unterworfen werden sollten wie transgene Pflanzen. Da die EU der größte Markt für landwirtschaftliche Produkte in der Welt ist, warten andere Länder nun ab, ob die EU ihre Definition von transgenen Pflanzen und ihre Vorschriften ändern wird, bevor sie mit der Vermarktung editierter Nutzpflanzen fortfahren.
Das koordinierte Rahmenwerk der USA für die Regulierung der Biotechnologie wurde geschaffen, um einen einheitlichen Ansatz für die Regulierung der Biotechnologie zu erleichtern, ist aber im Zeitalter von CRISPR nicht mehr angemessen. Selbst das strengere Regulierungssystem der EU ist nicht geeignet, um alle möglichen Risiken – insbesondere im Zusammenhang mit dem Gene Drive – anzugehen, da es für die Regulierung transgener Organismen konzipiert ist. Da CRISPR billig und einfach zu handhaben ist und keine ausgefeilte Ausrüstung oder Expertenwissen erfordert, hat es sich zu einer weltweit verbreiteten Technologie entwickelt, die schließlich internationale Standards für die Prüfung gentechnisch veränderter Organismen, ihre Freisetzung in die Umwelt und die Zuweisung der Haftung für Schäden erfordern wird. Die Vorschriften sollten klare Anforderungen für die Prüfung der Sicherheit und Wirksamkeit bearbeiteter Organismen in sorgfältig kontrollierten Umgebungen oder in geschlossenen Systemen, die ihre natürliche Umgebung simulieren, festlegen 8. Insbesondere Gene Drives sollten nur dann zugelassen werden, wenn die Sicherheit und Wirksamkeit der gewünschten Änderungen streng getestet wurden. Schließlich sollten bearbeitete Organismen nur nach öffentlicher Konsultation und angemessener Zustimmung der potenziell betroffenen Populationen in typischen Umgebungen freigesetzt werden, sei es in einem landwirtschaftlichen Betrieb oder in der freien Natur.
Die Vorschriften sollten auch die Entwicklung von Methoden vorschreiben, mit denen die Auswirkungen von veränderten Insekten oder Tieren gestoppt werden können, falls sie sich als schädlich für andere Organismen, die Umwelt oder den Menschen erweisen. Solche Umkehr-, Immunisierungs- und Unterdrückungsantriebe würden die Auswirkungen bereits freigesetzter Gene Drives neutralisieren, indem sie neue Gene in die Population einführen, um unerwünschte Auswirkungen früherer Generationen auszugleichen 9. Diese Sicherheitsmechanismen werden jedoch durch dieselben Tatsachen eingeschränkt, die alle Gene Drives begrenzen. Da sich die Spezies über mehrere Generationen fortpflanzen muss, damit sich das gewünschte Merkmal ausbreiten kann, können die negativen Umweltauswirkungen, die von der ursprünglichen Gentrieb-Population verursacht wurden, nicht sofort durch einen Gegen-Gentrieb gestoppt werden. Darüber hinaus können natürliche Mutationen in der freien Natur nicht verhindert werden und könnten ein manipuliertes Merkmal – sei es die ursprüngliche Gene-Drive-Editierung oder die Gegen-Editierung – jederzeit nach der Einführung eliminieren 9.
Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems wären so genannte Terminator-Gene oder selbstlimitierende Gene, die die Lebensspanne der veränderten Organismen begrenzen oder die veränderten Organismen anfälliger oder leichter zu töten machen. Darüber hinaus sollten bearbeitete Insekten und Tiere auch gekennzeichnet werden, um die Verantwortung und Haftung für Schäden zuweisen zu können. Dies würde es den Forschern auch ermöglichen, den Fluss der Genveränderungen in einer Insekten- oder Tierpopulation besser zu verfolgen.
Dies sind nicht nur theoretische Szenarien. Ein privates Biotech-Unternehmen entwickelt in Florida gentechnisch veränderte Moskitos mit dem Ziel, die Häufigkeit des Dengue-Fiebers durch Unterdrückung der Population von A. aegypti-Mücken zu verringern. Bislang hat die FDA den Versuch noch nicht genehmigt; die Umweltprüfung und die öffentliche Kommentierungsphase stehen noch aus. Einige Einwohner Floridas lehnen die Freisetzung der gentechnisch veränderten Stechmücken unter Berufung auf die menschliche Sicherheit und Umweltbedenken entschieden ab. Sie haben nicht ganz unrecht, da sich gentechnisch veränderte Organismen nicht immer in vorhersehbarer Weise bewegen und verhalten. So könnten gentechnisch veränderte Moskitos, selbst wenn sie auf einer isolierten Insel freigesetzt werden, viele Meilen entfernt landen und unvorhergesehene Auswirkungen auf die Umwelt haben, wie z. B. die Kreuzung mit verwandten Arten. Ohne klare Sicherheits- und Prüfrichtlinien und ohne öffentliche Beteiligung und Diskussion wird das Vertrauen der Öffentlichkeit in die Sicherheit von gentechnisch veränderten Insekten und Tieren den gleichen Weg gehen wie bei gentechnisch veränderten Lebensmitteln.
Es ist nicht unvernünftig zu denken, dass CRISPR in den falschen Händen dazu verwendet werden könnte, gefährliche Krankheitserreger noch wirksamer zu machen
CRISPR wird jetzt in vielen akademischen und industriellen Labors rund um den Globus eingesetzt. Daher sind internationale Verträge und Strategien erforderlich, um die Freisetzung von gentechnisch veränderten Organismen in die Umwelt zu regeln. Der „Orientierungsrahmen für die Prüfung gentechnisch veränderter Stechmücken“ der WHO schlägt beispielsweise eine Aktualisierung des Cartagena-Protokolls über die biologische Sicherheit 10 vor. Artikel 17 des Protokolls verpflichtet die Vertragsparteien, eine internationale Informationsstelle für biologische Sicherheit (International Biosafety Clearinghouse) und die betroffenen Länder über Freisetzungen zu informieren, die zu einer Verbringung von veränderten Organismen mit nachteiligen Auswirkungen auf die biologische Vielfalt oder die menschliche Gesundheit führen können. Das Dokument legt jedoch nicht fest, wer den Vertrag durchsetzen wird, welche vorherigen Tests durchgeführt werden sollten, wie hoch die Grenzen für die Lebensfähigkeit der Organismen sein sollten, welche Methoden zur Bewertung der Auswirkungen angewandt werden sollten oder wie Schäden abgeschätzt oder Schäden gemindert werden können. Die Wirksamkeit des Abkommens wird durch die freiwillige Teilnahme weiter eingeschränkt. Einige wichtige Akteure auf dem Gebiet der Gentechnik, darunter die USA und Südkorea, sind dem Cartagena-Protokoll nicht beigetreten.
CRISPR ist auch ein enorm leistungsfähiges Werkzeug für die synthetische Biologie zur Erzeugung von Mikroorganismen für eine breite Palette von Anwendungen, von der Herstellung von Arzneimitteln, Biokraftstoffen oder Chemikalien bis hin zur Beseitigung von Umweltverschmutzungen oder der Diagnose und Behandlung von Krankheiten. Das Gene Editing ermöglicht es den synthetischen Biologen, ganze Genome von Bakterien und Viren zu entwerfen und mit neuen Eigenschaften zu versehen, aber es wirft die gleichen Bedenken hinsichtlich der versehentlichen oder absichtlichen Freisetzung von gentechnisch veränderten Mikroorganismen in die Umwelt auf.
In den USA fällt die Regulierung gentechnisch veränderter Mikroorganismen in den Zuständigkeitsbereich verschiedener Behörden: der FDA, der EPA und der National Institutes of Health (NIH), die jedoch nicht über ausreichende Kontroll- und Überwachungskapazitäten verfügen. Die NIH haben Richtlinien für den Einsatz rekombinanter DNA-Technologien, zu denen auch CRISPR gehört, die Melde- und Einschließungsverfahren auf der Grundlage der Pathogenität, Virulenz, Übertragbarkeit und Umweltstabilität des Organismus vorschreiben. Forschung, die nicht von den NIH finanziert wird, unterliegt jedoch nicht diesen Richtlinien. Die EPA verlangt die Meldung neuer chemischer Produktionen, was einige kommerzielle Anwendungen der synthetischen Biologie abdeckt, aber die Behörde verlässt sich auf freiwillige Berichte und führt keine proaktiven Audits durch und überwacht auch keine kleineren Betriebe. Die FDA verlangt, dass Medikamente und Biologika vor der Markteinführung nachweislich sicher und wirksam sind, was auch für Humantherapeutika auf der Grundlage der synthetischen Biologie gilt, schreibt aber keine spezifischen Einschließungsmethoden vor, um eine versehentliche Freisetzung zu verhindern, und auch keine Designkontrollen wie Terminatorgene. Nur die NIH-Leitlinien wurden speziell für gentechnisch veränderte Mikroorganismen entwickelt, doch ist dies auch die Behörde mit den wenigsten Regulierungsbefugnissen. Da CRISPR zur primären Methode der Gentechnik wird, sollten diese Behörden von den Forschern verlangen, dass sie ausreichende Kontrollmechanismen als Bedingung für die Verwendung des CRISPR-Editiersystems nachweisen.
Es gibt noch einen weiteren Aspekt des genetischen Editierens von Mikroorganismen zu bedenken, da CRISPR auch zur Synthese und Manipulation von Krankheitserregern verwendet werden könnte, darunter Pocken, das spanische Grippevirus, das Vogelgrippevirus H5N1 und SARS. Es ist nicht unvernünftig zu denken, dass CRISPR in den falschen Händen dazu verwendet werden könnte, gefährliche Krankheitserreger noch stärker zu machen.
Um sicherzustellen, dass CRISPR/Cas nicht als Allheilmittel für alle genetisch bedingten Krankheiten angepriesen wird, ist es entscheidend, dass die Technologie ordnungsgemäß angewendet und verbreitet wird
Der Einsatz von Technologien zur Erhöhung der Pathogenität bakterieller oder viraler Krankheitserreger fällt in den Geltungsbereich des Übereinkommens über das Verbot biologischer Waffen und von Toxinwaffen (BWÜ), eines internationalen Vertrags, der die Herstellung und Lagerung biologischer Waffen verhindern soll. Das BWÜ gilt jedoch für staatliche Akteure – zumindest für diejenigen, die es unterzeichnet haben – und ist nicht für private Unternehmen oder Einzelpersonen gedacht. Da die für die Entwicklung und Manipulation pathogener Organismen erforderlichen Werkzeuge sowie die genauen genetischen Sequenzen und Anweisungen immer leichter verfügbar sind, ist die Wirksamkeit des BWÜ zur Verhinderung des Missbrauchs biologischer Werkzeuge und Kenntnisse zunehmend eingeschränkt.
Eine Möglichkeit, eine gewisse Kontrolle zu erreichen, wäre die Regulierung der Werkzeuge der synthetischen Biologie, insbesondere der DNA-Synthese. Viele Unternehmen, die DNA-Primer, Moleküle oder sogar die Synthese ganzer Genome anbieten, überwachen bereits Aufträge für bestimmte Sequenzen aus pathogenen Organismen. Dies ist zwar ein wichtiger Schritt der Industrie, um Missbrauch zu verhindern, umfasst aber nicht alle Unternehmen; außerdem erweitern immer mehr Unternehmen ihren Kundenstamm über die akademische Welt und die Industrie hinaus auf Privatpersonen. Eine Möglichkeit, dieses Problem anzugehen, besteht darin, die freiwillige Selbstverpflichtung der Industrie zu erweitern und eine internationale Clearingstelle einzurichten, bei der sich Hersteller und Verkäufer von Gensequenzen registrieren lassen müssen. Alle registrierten Unternehmen wären verpflichtet, ihre Bestellungen zu überwachen und sicherzustellen, dass diejenigen, die biologisches Material bestellen, das missbraucht werden könnte, über entsprechende Ausweise, Sicherheitsvorkehrungen und Schulungen verfügen.
Ein Großteil der Diskussion über die Risiken der CRISPR-Technologie konzentrierte sich auf deren Einsatz zur Veränderung der menschlichen Keimbahn. CRISPR hat jedoch viele potenzielle therapeutische Anwendungen, die über diese spezifische Verwendung hinausgehen und von der Krebsimmuntherapie über die Behandlung von Infektionskrankheiten bis hin zur Schaffung von Stammzellmodellen für Krankheiten reichen. Bei diesen Anwendungen handelt es sich um genetisches Editing menschlicher Körperzellen, und die vorgenommenen Änderungen sind daher nicht vererbbar. In der Krebsimmuntherapie konzentriert sich die Forschung derzeit auf adoptive Zelltherapien, bei denen T-Zellen von Patienten entnommen, ex vivo modifiziert werden, um ihr Potenzial zur Zerstörung von Tumorzellen zu erhöhen, in ihrer Anzahl vergrößert und den Patienten wieder infundiert werden. Ein besonders vielversprechender Ansatz sind chimäre Antigenrezeptor-T-Zellen (CAR-T-Zellen), die so konstruiert sind, dass sie auf ihrer Oberfläche Rezeptoren mit der Spezifität von monoklonalen Antikörpern exprimieren. CAR-T-Therapeutika haben sich in Versuchen zur Behandlung der akuten lymphatischen Leukämie sowohl bei Erwachsenen als auch bei Kindern als besonders wirksam erwiesen. Da die Forscher daran arbeiten, den Mechanismus aufzuklären, durch den diese Therapien eine robuste Reaktion erzielen, um diese Zellen so zu optimieren, dass sie überleben und ihre Effektorfunktion in vivo ausüben können, wird CRISPR zu einer attraktiven Option, um die Eigenschaften von CAR-T-Zellen zu verändern. Eine weitere therapeutische Anwendung von CRISPR könnte dazu beitragen, latente Infektionen mit HIV- oder Herpesviren zu heilen, indem die virale DNA in infizierten menschlichen Zellen gezielt „herausgeschnitten“ wird.
Angesichts der raschen Anwendung von CRISPR/Cas in der klinischen Forschung ist es wichtig, die ethischen Implikationen solcher Fortschritte zu berücksichtigen. Zu den relevanten Fragen gehören die Zugänglichkeit und die Kosten, die Notwendigkeit kontrollierter klinischer Versuche mit angemessener Überprüfung und Maßnahmen für den Einsatz im Rahmen des Mitgefühls. Viele zellbasierte Therapien sind mit erheblichen Kosten verbunden, insbesondere patientenspezifische Immuntherapien und Stammzellbehandlungen. Wenn nun auch noch individuelles Gene Editing hinzukommt, wird der Preis für solche Behandlungen weit außerhalb der Reichweite von Menschen mit durchschnittlichen Mitteln und Versicherungen liegen, ganz zu schweigen von denjenigen, die nicht versichert oder mittellos sind oder sich darauf verlassen, dass die nationalen Gesundheitsdienste entscheiden, was den Patienten zur Verfügung gestellt wird. Außerdem stellt sich die Frage der Aufklärung der Patienten, um eine informierte Zustimmung für Forschungsversuche und klinische Anwendungen zu erhalten. Die Erklärung des CRISPR/Cas-Konzepts kann schwierig sein, vor allem im Hinblick auf seine Feinheiten und das Potenzial für Genom-Editierung außerhalb des Ziels.
Wenn die Begeisterung für CRISPR wächst, wird auch die Nachfrage der Patienten steigen. Der Spagat zwischen der Nachfrage von Patienten, die verzweifelt nach neuen Behandlungen suchen, und der Notwendigkeit strenger klinischer Studien ist bereits eine Herausforderung für die Regulierungsbehörden und wird mit dem Aufkommen von CRISPR nicht einfacher werden. Die US-amerikanischen, europäischen und unternehmensinternen Richtlinien bieten einige Anhaltspunkte dafür, wann und wie der „compassionate use“ oder der erweiterte Zugang zu experimentellen Behandlungen zuzulassen ist, aber diese müssen möglicherweise angepasst werden, um die Genbearbeitung zu berücksichtigen. Außerdem gibt es, wie wir bei den Stammzelltherapien gesehen haben, immer wieder Leute, die Fehlinformationen verbreiten oder übertreiben, um von verzweifelten Patienten und ihren Familien zu profitieren. Es muss sichergestellt werden, dass CRISPR/Cas nicht als Allheilmittel für alle genetischen Krankheiten angepriesen wird, damit die Technologie ordnungsgemäß angewandt und verbreitet werden kann.
Es gibt spezifische regulatorische Herausforderungen und ethische Fragen im Zusammenhang mit den verschiedenen Anwendungen der CRISPR-Technologie zur Bearbeitung menschlicher Zellen sowohl in der somatischen als auch in der Keimbahn. Weitaus besorgniserregender ist jedoch die sich abzeichnende Anwendung von CRISPR auf nicht-menschliche Organismen. Die Möglichkeit, Organismen der ersten Generation mit gewünschten Eigenschaften zu entwerfen, könnte die Entwicklung ohne ausreichende Eindämmungsmechanismen fördern oder zur vorzeitigen Freisetzung dieser Organismen in die Umwelt und zum Verlust der Kontrolle über ihre Verbreitung führen. Darüber hinaus könnte CRISPR für ruchlose Zwecke wie Bioterrorismus oder Biowaffen missbraucht werden. Die Einfachheit und Effizienz von CRISPR gibt Anlass zu der Sorge, dass jeder, der über die entsprechende Ausrüstung verfügt, in einem einfachen Labor einen impfstoffresistenten Grippevirus oder eine invasive Spezies herstellen könnte. Während die neue Technologie eine wichtige Debatte darüber ausgelöst hat, ob man mit dem Keimbahn-Engineering beim Menschen fortfahren soll, sollten die Risiken der hier beschriebenen Anwendungen als Aufforderung dienen, nationale und internationale Vorschriften und Richtlinien für den Einsatz von CRISPR zu diskutieren.