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Die Macht der Gene

"Software" des Menschen als neue Chance für die Medizin. Die Gentechnik bringt uns maßgeschneiderte Medikamente, die frühzeitige Erkennung mancher Tumorarten und neue Mittel im Kampf gegen besonders gefährliche Krebserkrankungen.


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Maus und Mensch teilen sich mehr als 97 Prozent ihrer Gene. Und sogar die Bäckerhefe hat mit dem Menschen eine Menge gemein. So gibt es immerhin 25 Prozent der Gene der Bäckerhefe in einer ähnlichen Form auch beim Menschen. Über diese verblüffenden Gemeinsamkeiten weiß die Wissenschaft erst seit kurzem Bescheid. Im Mai 2003 wurde die vorläufig endgültige Sequenzinformation des menschlichen Genoms entschlüsselt. Entschlüsselt heißt, dass wir jetzt die genaue Abfolge der einzelnen Bestandteile unserer DNA (der sogenannten "Basen") kennen. Jeder Mensch trägt wie jedes andere Lebewesen auch in seinen Zellkernen ein einmaliges und unverwechselbares Ensemble von Erbanlagen mit sich. Diese Gesamtheit der Gene — auch Genom genannt — beeinflusst wie wir sind, wie wir aussehen, handeln und woran unser Körper erkrankt. Kurz und gut — die Gene machen jeden von uns zu etwas ganz und gar Individuellem.

'Software' des Menschen

Das funktioniert, weil das Genom so etwas wie die "Software" des Menschen ist; ein "Bauplan", der festlegt, wie wir funktionieren. Diese Informationen sind chemisch gespeichert und zwar in der Desoxyribonukleinsäure (englisch und international: DNA; deutsch auch: DNS). Das sind sehr lange, dünne Fäden, die in jeder einzelnen Körperzelle eines Lebewesens vorkommen und die man im Mikroskop erkennen kann. Die DNA sorgt bei der ständig ablaufenden Zellteilung für die Weitergabe der Erbinformationen. Ohne diese Informationsweitergabe von Zelle zu Zelle könnte der menschliche Körper nicht existieren. Die Gene – jeder von uns besitzt 30.000 bis 40.000 davon – haben innerhalb dieses Informationsspeichers eine bestimmte Aufgabe. Sie halten den Eiweiß-Bauplan fest. Die Eiweiße (= Proteine) sorgen unter anderem für die Reparatur von Zellen, für das Wachstum der Gefäße oder die Entgiftung des Körpers und regeln so den menschlichen Stoffwechsel. Die Gene sind aber nur ein Teil des komplizierten Kommunikationsnetzwerkes in der menschlichen Zelle. Es gibt noch viele andere Moleküle und Botenstoffe, die festlegen, wie ein Mensch "funktioniert". Wie genau das abläuft wird sich erst weisen – noch steht die Wissenschaft von der Zellkommunikation erst am Anfang.

Gene und Krankheit

Die Wissenschaft hat durch die Genforschung tiefe Einblicke darüber gewonnen, wie Krankheiten entstehen und was das empfindliche Gleichgewicht im menschlichen Körper stört. Da man jetzt sozusagen den "Bauplan" des Menschen kennt, kann man leichter die Gene finden, die an der Entstehung bestimmter Krankheiten beteiligt sind. So lassen sich die Veränderungen, die zu einer Krankheit führen, identifizieren. Damit gibt es für viele Störungen erstmals eine Hoffnung auf eine ursächliche Behandlung, die sozusagen an der Wurzel des Übels ansetzt. An der Wurzel des Übels deshalb, weil die genetische Information, die Programmiersprache, die unsere "Hardware" – die menschlichen Zellen – steuert, störanfällig ist. Durch einen "Schreibfehler" in einem Gen kann es passieren, dass fehlerhaftes Eiweiß produziert und so eine Krankheit ausgelöst wird. Egal ob diese Mutationen spontan, vererbt oder durch die Umwelt bedingt sind, der Effekt ist immer der gleiche: Die kranken Eiweißkörper arbeiten nicht mehr ordnungsgemäß. So kann es passieren, dass sie tausend mal so aktiv sind, wie sie sein sollten. Das führt dann zu einer Krebserkrankung. Auch die umgekehrte Variante ist möglich. Die Eiweißkörper können ganz ausfallen. Wichtige Informationen werden nicht mehr länger weitergegeben, was dazu führt, dass der betroffene Mensch an einer Stoffwechselstörung wie etwa Diabetes erkrankt.

Mächtige Gene

Dank der neuen Forschungserkenntnisse ahnen wir heute, wie mächtig die Gene sind, wenn es um Krankheit und Gesundheit geht. Das wirft so manche etablierte Theorie über den Haufen. Denn noch vor gar nicht allzu langer Zeit akzeptierte man nur bei sehr wenigen Krankheiten eine genetische Ursache. Die meisten Gesundheitsstörungen, so glaubte man, würden durch äußere Umstände verursacht – etwa durch Zigarettenrauch, Bakterien und Viren oder Drogen, die zweifellos wichtige Mitverursacher vieler Störungen sind. Erbkrankheiten galten und gelten als Makel, wenn nicht gar "Strafe Gottes"! Noch immer sind – abgesehen von der angeborenen Diabetes – in der Öffentlichkeit kaum genetisch bedingte Krankheiten bekannt. Auch Störungen, die bisher stark auf soziale Ursachen zurückgeführt wurden, erscheinen dank der Fortschritte in der Genforschung in einem neuen Licht. So zeigte sich etwa, dass die Lese- und Rechtschreibschwäche Legasthenie zu einem großen Teil genetisch bestimmt ist. Mindestens 50 Prozent der Lese- und 60 Prozent der Rechtschreibschwäche beruhen offenbar auf Vererbung. Äußere Faktoren wie die soziale Umgebung seien bisher bei der Legasthenie überbewertet worden, erklärte in diesem Zusammenhang kürzlich die Deutsche Gesellschaft für Kinder- und Jugendpsychiatrie.

Bessere Medikamente

Das menschliche Genom ist entschlüsselt, die Macht der Gene bestätigt, nun versucht die Wissenschaft, das Bestmögliche aus diesem Wissen herauszuholen. Die bisherigen Forschungsergebnisse zeigen, dass die Gentechnik das Potenzial einer ganz neuen Medizin in sich trägt. "Wir werden mehr über die Entstehung von Krankheiten wissen und Krankheiten individueller und gezielter behandeln können", ist der Zellbiologe Professor Dr. Lukas Huber von der Medizinischen Universität Innsbruck überzeugt. Er forscht im Zuge des österreichischen Genomforschungsprogrammes "GEN-AU". Dabei schaut er sozusagen in die menschliche Körperzelle hinein, um die Signalverarbeitung in entarteten Zellen zu verstehen. Ziel der Genforschung ist eine maßgeschneiderte, noch besser auf den einzelnen Patienten abgestimmte Behandlung. Denn gerade in der Tumortherapie sprechen Patienten oft sehr unterschiedlich auf ein Behandlungskonzept an. So kann es geschehen, dass eine von zwei Frauen, die zur gleichen Zeit an Brustkrebs erkranken, sehr gut auf die Therapie anspricht und große Fortschritte macht, der zweiten Frau die gleiche Behandlung aber deutlich weniger bringt. Warum das so ist, versteht die Medizin und die Wissenschaft heute noch nicht.

Was bringen Gentests?

Das neue Wissen wird uns auch dabei helfen, die Früherkennung zu verbessern. Denn dank Gentechnik lassen sich manche Krankheiten wie der Prostatakrebs oder das Ovarialkarzinom früher erkennen. Prof. Huber warnt aber wie viele seiner Kollegen vor Versprechungen, die sich derzeit noch nicht erfüllen lassen: "Gentests bringen viel Verunsicherung für den Patienten; die Erwartungen sind hier zu hoch gesteckt", erklärt Huber. Empfehlen könne man sie nur dann, wenn sie in Spezialkliniken gemacht würden. "Und auch dann nur, wenn zum Beispiel ein handfester Verdacht da ist, also eine familiäre Häufung von Brustkrebs oder Ovarialkarzinom", schränkt Huber ein.

Wie geht es weiter?

Im neuen Kapitel, das die Genforschung in der Medizingeschichte aufgeschlagen hat, gibt es noch viele unbeschriebene Seiten. Man kennt jetzt zwar sozusagen das "Alphabet" des menschlichen Erbguts, weiß aber noch nicht, welche "Worte" diese einzelnen Buchstaben bilden. Weltweit arbeiten Genomforscher intensiv an der Aufschlüsselung der Funktion der einzelnen Gene. Eine mühevolle Kleinarbeit, die wahrscheinlich erst in einigen Jahrzehnten abgeschlossen sein wird.


Was leistet die Gentechnik?

Die Gentechnik baut auf der Tatsache auf, dass sich jedes Gen aus ihrer ursprünglichen DNA herausschneiden und wieder mit anderen Stücken zusammensetzen lässt. Wie Software lassen sich Gene kopieren, verändern und neu kombinieren. Man kann ein Gen auch von einem Lebewesen auf ein anderes übertragen. Überträgt man ein menschliches Gen auf ein Bakterium, nimmt es das fremde Gen in die eigene DNA auf und produziert auf Grund der "Anweisungen" des neuen Gens (= Transgen) das entsprechende menschliche Eiweiß. Bei Pflanzen lassen sich so bestimmte Eigenschaften gentechnisch erzeugen. Das Verpflanzen von Genen und damit von Eigenschaften liefern zum Beispiel Kartoffeln, denen bestimmte Schädlinge nichts anhaben können. Gegner wie Greenpeace treten vehement gegen diese Verfahren auf. Sie argumentieren, dass sich gentechnisch veränderte Organismen unkontrolliert in unserer Umwelt verbreiten und dass die gentechnische "Verschmutzung" das sensible ökologische Gleichgewicht stört.

Die menschlichen Gene - Programm für das ganze Leben

Eine menschliche Zelle ist ständig aktiv. In dieser mikroskopisch kleinen Welt erfüllt ein hochorganisiertes System viele lebenswichtige Aufgaben. Der Zellkern kontrolliert alle Aktivitäten. Der Arbeitsplan ist in den Chromatinfasern enthalten. Jede Chromatinfaser besteht aus einem Faden Desoxyribonukleinsäure (DNS). Mit Hilfe ihrer einzelnen Segmente, Gene genannt, bestimmt die DNS das Aussehen jeder Zelle sowie die Erbanlagen jedes einzelnen Menschen. Jeder DNS-Strang windet sich um Struktureinheiten, die aus acht Eiweißmolekülen zusammengesetzt sind, wodurch ein gewendelter Strang aus gleichartigen Untereinheiten entsteht. Das DNS-Molekül sieht aus wie eine in sich gewundene Strickleiter. Die Seitenteile – abwechselnd Zucker und Phosphate – bilden das Rückgrat des Moleküls. Die "Sprossen" dazwischen sind Paare von vier chemischen Verbindungen, sogenannte Basen: Adenin, Thymin, Cystosin und Guanin. Nur zwei Paarungen sind möglich: Adenin verbindet sich immer mit Thymin, Cystosin immer mit Guanin. Mit diesen Basen diktiert die DNS die Zusammensetzung von Proteinen, welche unser genetisches Erbe bedeuten. Ein DNS-Strang löst seine Spirale auf um sich zu verdoppeln. Diese Replikation gewährleistet, dass eine Zelle identische Kopien ihrer Erbinformationen an beide entstehenden Tochterzellen weitergibt. Die Trennung beginnt zwischen den Basenpaaren. Jeder Einzelstrang dient als Negativ für einen kompletten neuen Strang. Der Körper bewahrt somit das von Zelle zu Zelle weitergegebene Programm des Lebens, ebenso wie das Erbgut, das von einer Generation an die nächste weitergereicht wird. Exakt stellt eine Zelle auf Anweisung der DNS Eiweißkörper (z.B. Hormone wie Insulin) her. Je drei Basen (Basentriplett oder Codon) codieren für eine der 20 Aminosäuren den Baustein der Eiweißkörper. Die Basenabfolge der DNS dient als Matrize für eine entsprechende Basenabfolge der Boten RNS (Ribonukleinsäure). Die Boten verlassen den Zellkern, in dem sich die DNS als Informationsspeicher befindet und wandert in die Zellflüssigkeit. Ein Ribosom wandert an der Boten-RNS entlang und übersetzt deren Botschaft Codon für Codon, indem es die entsprechenden Transfer-RNS – eine andere Art der RNS – veranlasst, ihre Aminosäuren an die wachsende Eiweißkette anzuheften. Trifft das Ribosom auf ein Stoppsignal, wird die Kette freigesetzt. Ribosomen arbeiten mit einer erstaunlichen Wirkung. In nur einer Sekunde stellt der menschliche Körper 500 Billionen fehlerfreier Kopien des aus mehreren Aminosäuren zusammengesetzten Hämoglobins her.

Neue Hoffnung Gen-Therapie

  • Bei der Gentherapie wird im Gegensatz zur konventionellen medikamentösen Therapie der eigentliche Wirkstoff nicht mehr direkt verabreicht. Vielmehr wird der Körper dazu gebracht, sich die Wirkstoffe, die er braucht, selbst herzustellen. Zu diesem Zweck werden fehlende oder defekte Gene, die Krankheiten auslösen, ersetzt beziehungsweise zusätzliche Gene in den Körper gebracht.
  • Fremdgene, die in Tumore eingeschleust werden, sollen in den entarteten Zellen den Impuls zur gezielten Selbstzerstörung auslösen. An dieser schonenden Art der Krebsbekämpfung wird weltweit und unter anderem auch am Wiener Christian- Doppler-Laboratorium für Gentherapie geforscht. Erste klinische Studien an Menschen sind in Vorbereitung.
  • Auch der Kampf gegen Aids könnte von der Gentechnik profitieren. Forscher in den USA arbeiten daran, die Bakterienflora der Vagina gentechnisch zu verändern. Dadurch sollen die dort lebenden Bakterien einen bestimmten Eiweißstoff produzieren, der das HI-Virus bindet und so in der Vagina festhält. Mit dieser Methode, die noch im Versuchsstadium ist, hoffen die Forscher Aids wirksam und ohne Nebenwirkungen eindämmen zu können.
  • Auch beim Krebs der Bauchspeicheldrüse, der durch Chemotherapie schwer zu behandeln ist, gibt es dank der Gentherapie jetzt neue Hoffnung. Das Institut für Virologie an der Veterinärmedizinischen Universität Wien arbeitet an einer Therapie, bei der winzige Kapseln mit genetisch veränderten Zellen in die Nähe der Bauchspeicheldrüse injiziert werden. Diese Zellen sorgen dafür, dass die Chemotherapie gezielter und besser wirkt. Der extrem schnell wachsende Tumor schrumpft dadurch so stark, dass er operiert werden kann.
  • Das Wiener Institut ist Vorreiter bei neuen Therapien, die zu einer Art Selbstzerstörung eines Tumors führen. Die entsprechenden Befehle sollen "Gen-Fähren" in die entarteten Zellen bringen. Gute Erfolge brachten vor allem Versuche mit Schnupfen-Viren, deren genetischer Code umgeschrieben wurde. Diese "umprogrammierten" Viren landen zielgenau an der richtigen Stelle des Krebsgewebes, wo sie ihre Gensequenz abladen und damit die Selbstzerstörung der Krebszelle auslösen, sobald die Behandlung mittels Chemotherapie beginnt. Erste Versuche an Mäusen sind sehr vielversprechend. Schon bald sollen klinische Studien am Menschen folgen.

Das sind nur einige Beispiele für die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Gentherapie, mit deren Hilfe man hofft, in Zukunft viele genetisch bedingte Erkrankungen besser behandeln zu können. Noch konnte die Gentherapie keine wirklich sensationellen Behandlungserfolge bringen. Das enorme Potenzial dieser Therapieformen ist aber unbestritten, auch wenn noch einige Zeit vergehen wird, bis die aufwändige Grundlagenforschung alle nötigen Basisinformationen liefert.


Dr. Regina Sailer

April 2006


Foto: deSign of Life, privat



Kommentar

 Kommentarbild von Prof. Dr. Lukas Huber zum Printartikel "Die Genom- und Proteinforschung bietet ein großes Potenzial für die Diagnostik und Behandlung von Erkrankungen. Sie eröffnet die Möglichkeit, Krankheiten früher zu erkennen, maßgeschneidert zu therapieren und besser zu überwachen. Die Vorstellung, zum Beispiel Krebs – der ja eine multigenetische Erkrankung ist – damit einfach heilen zu können, ist aber unrealistisch."
Prof. Dr. Lukas Huber

Institut für Anatomie, Histologie und Embryologie der Medizinischen Universität Innsbruck

Zuletzt aktualisiert am 13. November 2020