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Einmal selbst Gott spielen: Dieser Traum scheint greifbar zu sein. Angeblich kann jeder Laie problemlos Gene manipulieren und so das Erbgut von Bakterien umprogrammieren. Man kann theoretisch sogar per Baukasten aus dem Internet daheim am Küchentisch Genmanipulation betreiben

Wie leicht lassen sich zum Beispiel Bakterien gentechnisch verändern? Und wie gefährlich kann so ein Experiment werden? Nina Schmidt hat es – unter Aufsicht – ausprobiert!

Mein Crispr/Cas-Experiment

Man nehme Bakterien, drei verschiedene Lösungen und ein bisschen Fingerspitzengefühl. Das Ganze soll so einfach wie ein Backrezept sein. Mit dieser Methode kann man fremdes Erbgut in Bakterien schmuggeln und wenn das Experiment gelingt, wenn ein Laie wie ich derart einfach das Erbgut umschreiben kann, wo sind dann noch die Grenzen?

Ich bin in einem sogenannten S1-Sicherheitslabor, nur in einem solchen darf man in Deutschland  gentechnisch veränderte Organismen basteln. Die Methode heißt "Crispr/Cas" und soll ganz simpel sein. Frau Dr. Heike Ziegler, Biologin Uni Kassel, wird mich bei dem Experiment unterstützen: "Im Prinzip ist diese Methode simpel. Sie müssen drei Komponenten  zusammen pipettieren und in die Bakterien bringen. jetzt schauen wir mal, was passiert!“

Wir nehmen für unser Experiment E-Coli Darmbakterien. Wenn alles klappt, werden sie gegen das Antibiotikum Streptomycin resistent sein, was ihnen normalerweise den Gar ausmachen würde. Ich frage mich nur, ob Bakterien antibiotikaresistent zu machen nicht gefährlich ist. Dr. Heike Ziegler kann mir diese Sorge nehmen: "In diesem Fall nicht, das sind Resistenzen, die entwickeln Bakterien auch ganz von sich aus. Antibiotikaresistenzen sind generell bei Bakterien verbreitet, die bekommen sie durch Mutationen.“ Und unsere E-Coli Bakterien sind auch ohnehin keine krankmachenden Bakterien, deshalb muss auch kein Antibiotikum gegen sie wirken können. Als erstes müssen wir die Bakterien porös machen, dafür stellt man sie auf Eis, für 30 Minuten. 

Wie funktioniert CRISPR/Cas9?

Die Forscherin Emmanuelle Charpentier hat 2012 zufällig die Methode entdeckt. Ihr Name: CRISPR/Cas9. Die Methode kann die Erbinformation aller Lebewesen sehr einfach verändern. Dazu benutzen die Forscher spezielle Eiweißkomplexe, eine Art biologische Schere. Bestimmte Eiweißkomplexe erkennen bestimmte Stellen der DNA und schneiden sie exakt dort auf. So lässt sich ein ganzes Stück aus der DNA herausschneiden und sogar ein neues Stück einsetzten.

Do-it-yourself-Kit aus den USA

Das Experiment mit den E-Coli Bakterien gibt es übrigens in den USA als Bastel-Baukasten der Firma ODIN für jedermann zu kaufen. Alles inklusive: mit den Bakterien, Petrischalen und sogar Einweghandschuhen. Mit dem Fachgebietsleiter Prof. Arno Müller schaue ich mir auf Youtube an, wie Menschen mit diesem Do-it-yourself-Kit an Bakterien basteln – und das offensichtlich NICHT in einem Speziallabor. Ich frage ihn, was er grundsätzlich von solchen Kits hält und ob es gut ist, dass Laien das nachmachen können.  "Ich halte eigentlich schon was davon, dass man Molekularbiologie auch in die Öffentlichkeit bringt und eben zeigt, wie einfach es eigentlich zu machen ist", antwortet er mir.

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Deshalb bietet das Projekt "Science-Bridge", ein Kooperationsprojekt der Universitäten Kassel und Gießen, Schülern und interessierten Erwachsenen an, molekularbiologische Experiment unter Aufsicht im Labor zu machen.

Diese Sicherheit bietet das Do-it-yourself-Kit nicht. Im Gegenteil. Offenbar hat der Hersteller ODIN nicht immer sauber gearbeitet; im Frühjahr 2017 fand eine deutsche Behörde in dem Baukasten neben den harmlosen Darmbakterien auch Bakterien, die Lungenentzündung auslösen können. Seitdem ist das Kit für Laien in Deutschland verboten. In den USA  experimentieren Privatleute aber weiterhin damit herum, sogar Kinder, wie wir auf Youtube beobachten können. Könnte denn zum Beispiel der Nachbarsjunge aus Versehen damit was wirklich Gefährliches kreieren? Prof. Müller sieht hier keine Gefahr: "Wenn Sie da jetzt kreativ werden wollen, dann brauchen Sie eine sehr, sehr intensive molekularbiologische Ausbildung. Und da können sie den Nachbarsjungen komplett ausschließen. Und was den Terroristen betrifft, so müssen Sie sich vor Augen halten, dass es erheblich einfacherer Methoden gibt, um an wirklich gefährliche Biologische Mittel heranzukommen, Beispiele wären Anthrax, Milzbranderreger oder andere pathogene Bakterien.“ Sprich: Für die Zucht von Killerbakterien ist CRISPR/Cas weder notwendig noch sinnvoll.

Mein Experiment – fremde DNA einsetzen

Jetzt wird es spannend. Nachdem die Bakterien porös sind, kann ich ihnen die fremde DNA einimpfen. Dafür haben wir drei Komponenten. Die erste enthält sozusagen den Platzanweiser. Die zweite enthält die Genschere. Die dritte enthält das Antibiotikaresistenzgen. Wir müssen alles einfach nur zusammen pipettieren. Zum Schluss werden die Darmbakterien noch für 30 Sekunden erhitzt, bei 42°C, damit sie die drei Komponenten besser aufnehmen.

Dr. Heike Ziegler gibt die Anweisungen: "Und jetzt müssen wir sie verwöhnen mit dem leckeren Nährmedium, da müssen sie jetzt noch eine Stunde bei 30 Grad inkubieren und sich erholen.“ Wenn man sich an alle Zeitvorgaben und Zutaten hält, sollte die Gentransformation funktionieren.

Danach müssen wir unsere Bakterien nur noch auf Petrischalen verteilen. Die Schalen enthalten das Antibiotikum Streptomycin. Wenn ich alles richtig gemacht habe, werden nur die genveränderten Einzeller übrig bleiben, jene also, die ich resistent gemacht habe. Das Ergebnis sehe ich aber erst nach 24 Stunden.

CRISPR/Cas in der Medizin

Die Forscher hoffen, dass man in Zukunft krankmachende Gene raus schneiden und reparieren kann, zum Beispiel bei Demenz, HIV oder Krebs. In China, den USA und Großbritannien hat man schon embryonale Zellen  gentechnisch verändert. Ein heikles Thema!

Ich schaue nochmal im Labor von Prof. Arno Müller vorbei, hier gibt es Fruchtfliegen, die mit Hilfe von CRISPR/Cas menschliche Krankheitsgene in sich tragen, zum Beispiel Gene, die bei Brustkrebs oder Darmerkrankungen eine Rolle spielen. Der Entwicklungsgenetiker will mit Hilfe der Genschere herausfinden, wie diese krankmachenden Gene funktionieren. Er ist von dem Potenzial der Methode überzeugt: "Die Möglichkeiten, die eröffnet werden – jetzt Zugriff auf sehr, sehr viele Krankheiten zu haben, um diese Technologie anzuwenden – sind enorm und werden mit Sicherheit in der Zukunft auch dazu führen, dass wir neue Therapiemöglichkeiten auf diesem Feld kriegen werden." Eins ist klar: Unser Bakterien-Experiment ist im Verhältnis nur Spielerei.

Unser Ergebnis

24 Stunden später, der große Moment. Ich bin etwas enttäuscht, denn als wir den Inkubator öffnen, sehe ich, dass nur eine einzige resistente Bakterienkolonie über Nacht gewachsen ist. Ich frage mich, ob ich etwas falsch gemacht habe. Frau Dr. Heike Ziegler beruhigt mich: "Nein, nichts falsch gemacht! Ich denke ein Anfänger kann noch nicht so exakt pipettieren wie jemand, der das immer macht. Und ich denke, es ist gar kein schlechtes Ergebnis für zum ersten Mal probieren!"

Na ja, eine Zellkolonie habe ich tatsächlich antibiotikaresistent gemacht.  Trotzdem, so einfach wie ein Backrezept ist CRISPR/Cas doch nicht ganz, und das ist auch gut so, finde ich! 

Sendung: hr-fernsehen, "Alles Wissen", 02.11.17, 20:15 Uhr