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Die beiden Nobelpreisträgerinnen: Emmanuelle Charpentier (links) und Jennifer Doudna.

Chemie-Nobelpreis

Eine Entdeckung, „die sich auf uns alle auswirkt“

  • Pamela Dörhöfer
    vonPamela Dörhöfer
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Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna erhalten den Chemie-Nobelpreis für die Entdeckung der Genschere Crispr/Cas9.

Ihre Entdeckung hat die molekularbiologischen Verfahren revolutioniert und der Medizin völlig neue Wege der Therapie eröffnet: Für die Entdeckung der „Genschere“ Crispr/Cas9 erhalten die in Deutschland arbeitende Französin Emmanuelle Charpentier und die US-Amerikanerin Jennifer Doudna den diesjährigen Nobelpreis für Chemie. Das teilte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften gestern in Stockholm mit. Die höchste Auszeichnung auf dem Gebiet der Chemie ist mit insgesamt zehn Millionen Euro (rund 950 000 schwedische Kronen) dotiert – damit gibt es eine Million mehr als im Vorjahr.

Emmanuelle Charpentier (51) und Jennifer Doudna (56) erhalten als erst sechste und siebte Frauen den Chemie-Nobelpreis, alle anderen bisher ausgezeichneten Wissenschaftler waren Männer. Die beiden Mikrobiologinnen und Biochemikerinnen haben ihre bahnbrechende Arbeit zur Crispr/Cas-Methode 2012 veröffentlicht. Emmanuelle Charpentier ist heute Leiterin der Max-Planck-Forschungsstelle für die Wissenschaft der Pathogene in Berlin, zuvor war sie Direktorin des ebenfalls in Berlin angesiedelten Max-Planck-Instituts für Infektionsbiologie. Jennifer Doudna ist Professorin an der University of California.

Die beiden Wissenschaftlerinnen hätten mit der Genschere Crispr/Cas9 „eines der schärfsten Werkzeuge der Gentechnologie“ entdeckt, mit der sich die DNA von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen mit „extrem hoher Präzision“ verändern lasse, heißt es in der Begründung des Nobelkomitees. „Diese Technologie hat revolutionäre Auswirkungen für die Lebenswissenschaften, trägt zu neuen Krebstherapien bei und könnte den Traum wahrmachen, Erbkrankheiten heilen zu können.“ In der Genschere stecke eine „enorme Kraft, die sich auf uns alle auswirkt“, fasste es Claes Gustafsson, Leiter des Nobelkomitees für Chemie, zusammen.

Wie nicht selten in der Wissenschaft, war die Entdeckung der Genschere eher ein „Zufallsfund“. In diesem Fall geschah es, als Emmanuelle Charpentiers zum Bakterium Streptococcus pyogenes forschte, einem Keim, der bei Menschen Scharlach, Mandelentzündung oder die nekrotisierende Fasziitis, eine gefährliche Weichteilinfektion, auslösen kann. Dabei stieß sie auf ein bisher unbekanntes Molekül, die tracrRNA, eine Ribonukleinsäure. Charpentier fand heraus, dass sie Bestandteil des Immunsystems der Bakterien ist, mit dem diese Viren abwehren. Das geschieht so: Wird ein Bakterium infiziert, so spaltet ein bestimmtes Protein – das Cas9-Enzym – das Erbgut des Eindringlings in kleine Stücke. Die Ribonukleinsäure hat dabei die Funktion, das Schneide-Enzym zu seinem Einsatzort zu bringen, wo es sich wie bei einem Klettverschluss an passende Sequenzen des Viren-Erbguts heftet. Dort kann das Protein Cas9 dann sein zerstörerisches Werk beginnen.

Mit der Genschere lässt sich Erbgut gezielt verändern.

Die Fragmente des Viren-Erbguts werden anschließend zu einer Region des Bakterien-Genoms mit Namen Crispr (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) gebracht. Der kompliziert klingende Begriff bezeichnet Abschnitte im Erbgut, die aus kurzen, sich wiederholenden DNA-Sequenzen bestehen. Dort wird das Viren-Erbgut eingefügt. Wird ein Bakterium erneut von einem Erreger befallen, dienen diese integrierten Stücke als Erkennungsmuster und Signal, das die Zerstörung des Virus einleitet.

Emmanuelle Charpentier veröffentlichte ihre Entdeckung 2011. Im gleichen Jahr bat sie Jennifer Doudna, in Fachkreisen eine bekannte RNA-Expertin, um Zusammenarbeit. Es gelang den beiden Frauen, den Mechanismus der Bakterien im Reagenzglas nachzubilden und die molekularen Komponenten der Genschere so zu vereinfachen, dass sie leichter zu handhaben sind. In einem „epochalen Experiment“, so das Nobelkomitee, programmierten die Wissenschaftlerinnen die Genschere neu. Charpentier und Doudna erweiterten die Fähigkeiten der Genschere so, dass sie nicht nur virales Material, sondern jedes DNA-Molekül schneiden kann. Auf diese Weise lassen sich DNA-Bausteine im Erbgut verschiedener Organismen gezielt entfernen, so dass das betreffende Gen nicht mehr richtig abgelesen und somit deaktiviert wird. In einem weiteren Schnitt kann die Bruchstelle zudem „repariert“ und eine neue DNA-Sequenz eingesetzt werden.

Weil der genetische Code universell ist, kann ein solches „Genome Editing“ grundsätzlich bei jedem Organismus angewendet werden, bei Pflanzen ebenso wie bei Tieren und Menschen. In der Pflanzen- und Tierzucht zum Beispiel sind die gewünschten Veränderungen zielgenau möglich, während bei den herkömmlichen Methoden immer noch viel vom Zufall abhängt. Unumstritten ist ein möglicher breiter Einsatz der Genschere allerdings nicht. So hat der Europäische Gerichtshof 2018 entschieden, dass alle mit Genome Editing erzeugten Pflanzen unter die geltenden Gentechnik-Gesetze fallen.

In der Medizin ruhen große Hoffnungen darauf, Erbkrankheiten zu verhindern, indem Gene, die sie verantworten, gezielt entfernt werden. Auch laufen bereits Studien, um Krebserkrankungen mit der Genschere auf molekularer Ebene zu bekämpfen.

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