Ganz so einfach ist es nicht, wenn jemand an einer genetischen Erkrankung leidet. Die Ursache für die Krankheit ist in solchen Fällen in der DNA verankert. Zwar können Symptome der Erkrankung behandelt werden – um die Ursache zu bekämpfen, muss allerdings ins Genom eingegriffen werden. Gentherapien beim Menschen sind Methoden, um genetische Ursachen von Krankheiten zu bekämpfen.
Gentherapie Definition
Bei Gentherapien werden defekte Gene durch verschiedene DNA-Techniken gezielt korrigiert. Dadurch soll die Ursache für genetische Erkrankungen behoben werden.
Um zu verstehen, wie genau genetische Erkrankungen entstehen und was für Arten an Krankheiten daraus entstehen können, kannst Du in der StudySmarter-Erklärung zu Erbkrankheiten vorbeischauen!
Gentherapie beim Menschen
1990 wurde das erste Mal eine Gentherapie beim Menschen durchgeführt. Die vierjährige Ashanti DeSilva überstand die Behandlung gut, doch mit der Zeit ließ die Wirkung der Therapie nach. Die Gentherapie steht heutzutage immer noch am Anfang ihrer Möglichkeiten. Dennoch gewinnt sie mit ihrer fast unbegrenzten Einsatzmöglichkeit bei Erbkrankheiten immer mehr an Bedeutung.
Je nachdem, welches Ziel mit der Gentherapie erreicht werden soll, können verschiedene Ansätze der Gentherapie verwendet werden.
Genersatztherapie
Die Genersatztherapie zielt auf Patienten ab, die an einer rezessiv vererbten Krankheit leiden.
Die meisten Menschen haben von jedem ihrer Chromosome zwei Kopien. Das heißt, dass auch jedes Gen zweimal vorhanden ist. Je nachdem, ob das Gen auf nur einer oder auf beiden Kopien fehlerhaft ist, kann die resultierende Krankheit in dominant oder rezessiv unterteilt werden:
Für dominante Erbkrankheiten reicht es aus, dass eine Kopie fehlerhaft ist. Für rezessive Krankheiten hingegen müssen beide Kopien des Chromosoms einen Fehler im Gen haben.
Zellen der betroffenen Patienten werden im Rahmen der Gentherapie mit DNA behandelt, die eine fehlerfreie Version des betroffenen Gens beinhaltet. Auf diese Weise sind nicht mehr alle Kopien des Gens fehlerhaft und die Zelle kann normal funktionieren.
Stell Dir vor, Du willst einen Kuchen backen und nimmst dafür das Backbuch Deiner Oma zurate. Im Rezept für den Apfelkuchen ist ein großer Fleck auf der Seite, der es Dir unmöglich macht, alle Zutaten lesen zu können. Wenn Du nur alle sichtbaren Stellen des Rezeptes verwendest, dann würde der Kuchen nicht sehr gut schmecken.
Daher rufst Du Deine Oma an und sie schickt Dir einen Zettel, auf dem alle Zutaten und Anweisungen zu lesen sind, die vom Fleck verdeckt werden. Diesen Zettel legst Du zwischen die Seiten des Buches und liest ihn ab jetzt jedes Mal mit ab, wenn Du den Apfelkuchen backen willst. Dein Apfelkuchen ist ab jetzt fast so gut wie der Deiner Oma. Aber nur fast.
Wäre die Erkrankung dominant, würde diese Methode nicht funktionieren, da schon eine fehlerhafte Kopie ausreicht, um die Krankheit auszulösen. Auch eine höhere Anzahl korrekt funktionierender Gene kann daran nichts ändern.
Als ein Resultat der Genersatztherapie kann die Schwere der Erkrankung gesenkt werden. In manchen Fällen kann der Patient sogar ganz von den Symptomen befreit werden.
Genom-Editierung (Genome Editing)
Die Genom-Editierung greift tatsächlich ins Genom ein und verändert das betroffene Gen. Da es ein sehr neuartiges Werkzeug ist und Eingriffe in die DNA schwerwiegende Folgen haben können, ist die Genom-Editierung zurzeit Gegenstand der Forschung. An Menschen ist die Genom-Editierung als Form der Gentherapie nur eingeschränkt zugelassen.
Eine revolutionäre Entdeckung, die einen haargenauen Eingriff in die DNA ermöglicht, ist das CRISPR/Cas9 System, das 2020 sogar einen Nobelpreis verdient hat. Bei dieser Methode wird eine Genschere genutzt, um die DNA an einer ganz bestimmten Stelle zu zerschneiden. Auf diese Weise können bestimmte DNA-Abschnitte herausgeschnitten oder auch mit erwünschten Sequenzen ersetzt werden.
Diese Methode zählt heute – nur wenige Jahre nach ihrer Entdeckung – schon zur Standardmethode vieler molekularbiologischer Labore.
Die erfolgreiche Behandlung verschiedener Krankheiten durch Genom-Editierung konnte schon in vielen Studien nachgewiesen werden. Allerdings ist die tatsächliche Anwendung am Menschen strengen Richtlinien unterworfen und daher in vielen Ländern nicht oft zu finden. Vielmehr wird die Genom-Editierung größtenteils in der Futter- und Lebensmittelindustrie genutzt.
Da mit dieser Methode vorhandene defekte Gene direkt repariert werden können, ist sie auch für dominante Erbkrankheiten geeignet.
Epigenetische Ansätze
Anstelle im Rahmen der Gentherapie ein Gen zu verändern, kann auch der Ansatz genutzt werden, seine Nutzung zu verändern. Indem ein fehlerhaftes Gen nicht so oft abgelesen und verwendet wird, werden auch die Auswirkungen verringert.
Um dies zu erreichen, wird nicht direkt die DNA verändert, sondern eher Moleküle, die sich an der DNA befinden.
Da die DNA ein sehr langer Strang ist, der sich nicht verheddern sollte, ist er zur besseren Organisation auf kleine Kügelchen aufgewickelt. Diese werden auch als Histone bezeichnet. Soll ein Gen verwendet werden, wird die entsprechende Stelle der DNA vom Histon abgewickelt und ist für die Apparaturen zugänglich, die es ablesen sollen.
Histone enthalten aber auch jeweils kleine Marker, die ihnen signalisieren, wie sie sich zu verhalten haben, wenn ihr DNA-Abschnitt gebraucht wird. So gibt es auch Marker, die es verhindern, dass die DNA abgewickelt wird und sie somit blockieren. Einen solchen Marker einzubringen, ist eine Möglichkeit zur Gentherapie.
Ansätze der Gentherapie beim Menschen
Sobald eine Art und Methode der Gentherapie ausgewählt wurde, muss entschieden werden, welche Zellen damit behandelt werden sollen. Die Auswahl der Zellen hängt auch davon ab, ob nur der/die Patient/in behandelt werden soll, oder auch seine/ihre Nachkommen weitestgehend von Auswirkungen der Krankheit befreit werden sollen.
Somatische Gentherapie beim Menschen
Die somatische Gentherapie beschreibt die Korrektur von Gendefekten in herkömmlichen Körperzellen. Da normale Körperzellen nicht dafür zuständig sind, die Erbinformation an die Nachkommen weiterzugeben, wird hierdurch nur der/die betroffene Patient/in behandelt. Die Korrektur ist nicht vererbbar.
Keimbahntherapie beim Menschen
Ziel der Keimbahntherapie ist es, die Vererbung von genetischen Krankheiten an die Nachkommen zu verhindern. Dafür müssen Veränderungen an der DNA von Keimzellen vorgenommen werden.
Als Keimzellen werden die männlichen und weiblichen Geschlechtszellen bezeichnet. Beim Menschen sind das also Eizelle und Spermium.
Gerade weil der Eingriff schon vor der Entstehung des Lebewesens stattfindet, ist die Gentherapie in Form einer Keimbahntherapie – also das Eingreifen und Verändern der genetischen Information eines ungeborenen Kindes – jedoch umstritten und in vielen Ländern wie Deutschland verboten.
2018 erhielt ein Fall der Keimbahntherapie in China hohe Aufmerksamkeit, bei dem ein Wissenschaftler Embryos so veränderte, dass sie und ihre Nachfahren resistent gegen das HI-Virus (und die davon ausgelöste Krankheit AIDS) sein sollten.
Die genetischen Veränderungen können bei solchen Gentherapien sowohl für die betroffenen Babys als auch für ihre Nachkommen unvorhersehbare Auswirkungen haben. Außerdem erweckt ein solcher Eingriff schwere ethische Bedenken: Wer darf entscheiden, ob und welche genetischen Modifikationen angemessen sind? Und wer wird die Mittel dafür haben, "Designer-Babys" zu bekommen und erwünschte genetische Anpassungen an die Nachfahren weiterzugeben?
Gentherapie beim Menschen – Ablauf
Der Ablauf einer Gentherapie kann sich unterscheiden, je nachdem, ob sie in vitro oder in vivo stattfindet.
In vitro bezeichnet eine Anwendung oder Untersuchung außerhalb des Körpers, also wortwörtlich "im Glas".
In vivo bezeichnet eine Anwendung oder Untersuchung, bei der sich die Objekte noch innerhalb des Körpers befinden.
Bei einer in vitro Methode werden die Zellen dem Körper entnommen, verändert und anschließend wieder in den Körper reimplantiert. Bei der in vivo Methode hingegen werden Methoden angewandt, die es ermöglichen, Zellen im menschlichen Körper zu verändern. Je nach Methode ändert sich also auch der Ablauf der Gentherapie.
In vitro Gentherapie beim Menschen
Um eine Gentherapie in vitro durchzuführen, müssen zunächst Zellen aus dem Körper entnommen werden. Diese können dann in einem Labor behandelt werden.
Im Falle einer Genersatztherapie muss DNA mit einer fehlerfreien Version des betroffenen Gens in die entnommenen Zellen eingeführt werden. Um die DNA-Kopie in die Zelle zu schleusen, können Vektoren genutzt werden.
Vektoren sind meist ringförmige DNA-Stränge, die zum Transport von bestimmten DNA-Abschnitten in eine Zielzelle genutzt werden.
Nach einer Behandlung der Zellen kann der DNA-Abschnitt aus dem Vektor zur DNA der Zellen transportiert werden. Vektoren, auch Gentaxis genannt, sind Transportmoleküle für DNA-Fragmente. Die Zellen haben nun ein verändertes Genom und können wieder in den Körper eingepflanzt werden.
Vektoren haben Dein Interesse geweckt und Du willst mehr darüber erfahren, wie sie funktionieren und wofür sie angewendet werden? Dann schau doch mal in den StudySmarter-Erklärungen zu Vektoren und zum Plasmid vorbei!
In vivo Gentherapie beim Menschen
Um eine Gentherapie in vivo durchzuführen, wird – zumindest im Fall einer Genersatztherapie – DNA mit einer fehlerfreien Version des betroffenen Gens direkt in Zellen eingeführt, die sich noch im Körper befinden.
Nach einer Injektion des Vektors in den Körper wird der DNA-Abschnitt aus dem Vektor in die Zellen eingeschleust.
Gentherapie – Beispiele
Da Gentherapien nicht nur eine bestimmte Methode bezeichnen, können die bestehenden Prinzipien für Gentherapien den gewünschten Zielen angepasst werden. Als Resultat können verschiedene (genetische) Krankheiten mit unterschiedlichen Ansätzen bekämpft werden.
Gentherapie Krebs
Um die vielen verschiedenen Arten Krebs zu bekämpfen, an denen man erkranken kann, werden unterschiedliche Gentherapien angewendet. Sie sind oft weniger schädigend für den Rest des Körpers als Chemotherapien, die heutzutage oft immer noch die Hauptbehandlungsmethode gegen Krebs sind.
Akute lymphatische Leukämie
Bei einer akuten lymphatischen Leukämie (ALL) kommt es zu bösartig veränderten Lymphozyten.
Als Lymphozyten werden manche weiße Blutkörperchen bezeichnet und bilden einen wichtigen Teil des Immunsystems. Was genau sie mit unserer Gesundheit zu tun haben und welche Arten an solchen Immunzellen es gibt, erfährst Du in den StudySmarter-Erklärungen zu den Zellen des Immunsystems und zu Leukozyten.
Nur ein kleiner, verbleibender Teil der Lymphozyten kann dabei ihre Aufgabe im Immunsystem weiter erfüllen. Daher sind betroffene Personen schon für kleinste Erkrankungen anfällig und entwickeln einen schweren Verlauf. Eine kleine Grippe, die im Normalfall in wenigen Tagen überstanden ist, führt bei ALL-Betroffenen möglicherweise zum Tod.
Zur gentherapeutischen Behandlung können bei ALL T-Zellen entnommen und in vitro mit einer CAR-T-Zell-Therapie behandelt werden.
Bei einer CAR-T-Zell-Therapie werden T-Zellen mithilfe eines Vektors genetisch verändert. Auf dem eingebrachten Gen befindet sich die Information, mithilfe der die T-Zelle ein Molekül bauen kann, dass sich auf ihrer Oberfläche befindet. Diese ist antigenspezifisch – das heißt, dass sie ein ganz bestimmtes weiteres Molekül (Antigen) erkennen können. In diesem Fall ist das Oberflächenmolekül spezifisch für ein Antigen, das auf den bösartig veränderten Lymphozyten zu finden ist.
Wenn die behandelten T-Zellen den betroffenen Patienten wieder zugeführt werden, erkennen sie die mutierten Krebszellen und können diese effektiver bekämpfen.
Malignes Melanom
Als ein malignes Melanom wird schwarzer Hautkrebs bezeichnet. Dabei mutieren Hautzellen, die dazu neigen, Metastasen zu bilden – den Krebs also in weitere Organe zu streuen.
Bei der hierfür angewandten Gentherapie werden Körperzellen des Patienten nicht direkt genetisch verändert, sondern es werden genetisch veränderte Viren verwendet.
Viren sind Strukturen, die sich vermehren, indem sie eine Wirtszelle nutzen. Sie injizieren ihr Genom in Zellen eines Lebewesens, wo das Genom von der infizierten Wirtszelle abgelesen wird, um die Bestandteile vieler neuer Viren herzustellen und zusammenzubauen. Am Ende dieses Prozesses brechen die neuen Viren aus der Wirtszelle aus und brechen auf, weitere Zellen zu infizieren. Eine ausführlichere Auslegung dieses Vorgangs findest Du in der StudySmarter-Erklärung zu Viren.
Die verwendeten Herpesviren enthalten genetische Veränderungen, die drei Effekte zur Folge haben:
- Das Virus vervielfältigt sich nur in mutierten Hautkrebs-Zellen
- Hautkrebs-Zellen werden nach der Infektion beim Ausbruch der neuen Viren zerstört.
- Bei der Zerstörung der Zellen werden Stoffe freigesetzt, die Immunzellen anlocken und die Immunantwort starten.
mRNA-Impfung ist keine Gentherapie
Mit der erstmaligen Zulassung eines mRNA-Impfstoffes im Jahr 2020 mehrten sich die Unsicherheiten. In Teilen der deutschen Bevölkerung wurde diese Art von Impfstoff als eine Gentherapie angesehen und eine Gentherapie einem ungewollten Eingriff und einer Veränderung des Genoms gleichgesetzt. Diese Annahme ist jedoch falsch.
Durch Gentherapien werden genetische Krankheiten korrigiert, während eine mRNA-Impfung den Körper lediglich auf eine bevorstehende Erkrankung vorbereiten soll, die durch eine Infektion entsteht. Dass mRNA-Impfungen keine Gentherapeutika sind, ist in Deutschland auch gesetzlich festgelegt.
Eine Vertiefung zu der Funktionsweise und dem Prinzip von mRNA-Impfungen findest Du in der StudySmarter-Erklärung zu Impfungen. Auch eine vertiefte Erklärung, wieso mRNA-Impfungen nicht zu einer Veränderung des Genoms führen, ist dort zu finden.
Gentherapie – Vor- und Nachteile
Bei der Behandlung jeder genetischen Krankheit muss abgewägt werden, inwiefern eine Gentherapie sinnvoll ist oder vielleicht lieber ein anderes Verfahren angewandt werden sollte. Um das herauszufinden, sollten die Vor- und Nachteile der Gentherapie abgewägt werden.
| Vorteile der Gentherapie | Nachteile der Gentherapie |
| Mögliche Heilung von Krankheiten, die als schwer oder unheilbar gelten. | Befindet sich in der Entwicklungsphase und könnte unvorhergesehene Folgen haben. |
| Einmalige Behandlung reicht aus. | Extrem kostspielig und wird nicht von der Krankenkasse übernommen. |
| Krankheiten könnten ausgerottet werden (z. B. Parkinson, Alzheimer). | Ethische Bedenken (z. B. Designer-Babys). |
Gentherapien beim Menschen – Das Wichtigste
- Gentherapien werden eingesetzt, um die genetische Ursache von Erbkrankheiten zu behandeln.
- Durch Gentherapien können die Symptome einer Krankheit
- Bei verschieden Arten von Gentherapien werden Gene entweder verändert (Genom-Editierung), oder dem Genom veränderte Kopien hinzugefügt (Genersatztherapie).
- Je nachdem welche Zellen behandelt werden, können Gentherapien in somatische (Körperzellen) oder Keimbahntherapien (Keimzellen) eingeteilt werden.
- Auch viele Arten von Krebs können mit unterschiedlichen Ansätzen der Gentherapie behandelt werden.
Nachweise
- pfizermed.at: Was ist Gentherapie? (15.09.2022)
- Wissenschaftliche Dienste. Deutscher Bundestag. (2021). Regelungen zu genbasierten Impfstoffen. Begriffliche Einordnung und arzneimittelrechtliche Zulassung. Sachstand WD 9 – 3000 – 116/20.
- spektrum.de: Gentherapie. Zwischen Wunsch und Wirklichkeit. (16.09.2022)
- cancer.gov: CAR T Cells: Engineering Patients’ Immune Cells to Treat Their Cancers. (16.09.2022)
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Häufig gestellte Fragen zum Thema Gentherapie
Wie funktioniert somatische Gentherapie?
Somatische Gentherapie beschreibt die Korrektur von Gendefekten in Körperzellen. Die DNA-Kopie wird mithilfe eines Vektors in die Zelle geschleust. Man unterscheidet dabei zwischen dem in vitro und dem in vivo Verfahren.
Wie läuft eine Gentherapie ab?
Dem Körper werden einige Zellen entnommen. In diese Zellen wird dann das neue, therapeutische Gen eingesetzt. -anschließend werden die Zellen wieder zurück in den Körper geführt, wo sie nun, dank des neuen Gens, durch keine Fehlfunktionen mehr eingeschränkt sind.
Welche Krankheiten können mit Hilfe von Gentherapie behandelt werden?
Fast alle Erbkrankheiten, wie zum Beispiel Mukoviszidose können behandelt werden. Auch für Krebs gibt es bereits einige gentherapeutische Ansätze.
Kann man Gendeffekte heilen?
Im Moment sind die meisten Gendeffekte nicht heilbar. Die Gentherapie könnte das jedoch ändern: Durch das Einsetzen neuer, therapeutischer Gene in die Zelle kann die Disposition für eine Erbkrankheit aufgehoben werden.
Die Gentherapie befindet sich am Anfang ihrer Entwicklung.
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