ZK027 – CRISPR/Cas, der Phage-Be-Gone Gen-Kasper

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Anna Müllner
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@moepern

Vor 5 Jahre ging der Nobelpreis für Chemie an Wissenschaftler ging, die DNA-Reparatur erforschen. Nun bekommen ihn zwei Wissenschaftlerinnen, deren Entdeckung genau das Gegenteil macht: DNA zerschneiden. Im CRISPR/Cas-System ist die sogenannte “Gen-Schere” Cas9. Das Enzym schneidet DNA an einer bestimmten Stelle  mit Hilfe einer sehr genauen Positionsangabe. Damit schützen sich Bakterien vor einer Infektion mit bakterienspezifischen Viren (Bakteriophagen). Die “Positionsangabe” haben Bakterien in ihrem Genom im sogenannten CRISPR-Locus gespeichert. CRISPR steht für “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats” und bezeichnet kurze DNA-Basen-Palindrome. Zwischen ihnen sind kurze, funktionslose Stücke der Phagen-DNA gespeichert. Diese Phagen-DNA-Stücke sind wie ein Phantombild, mit denen Cas9 Phagen-DNA als solche erkennt und spezifisch zerschneidet und unschädlich macht.

Die Entdeckung dieses Systems war nicht weniger als eine Revolution für die Gentechnik. Die bakterielle Immunabwehr lässt sich nämlich leicht mit schon vorhandenen gentechnischen Methoden aus Bakterien extrahieren und auf Pflanzen und Tiere (inklusive der Menschen) übertragen. Es ist damit nicht nur möglich, gezielt einzelne Gene auszuschalten, sondern auch kleinste Veränderungen einzubringen. Daraus ergeben sich neue Chancen für Patienten mit bisher unheilbaren genetische Erkrankungen, sowie Pflanzen und Tiere an veränderte Umweltbedingungen anzupassen oder andere Eigenschaften zu verändern.

Bis 2018 wurde die Methode auch hauptsächlich dafür verwendet. Ende des Jahres machte ein chinesischer Wissenschaftler Schlagzeilen: Er hatte 2 Embryonen ohne Wissen und Einwilligung der Eltern genetisch verändert und diese waren dann ausgetragen worden. Die Kinder wurden “CRISPR-Babys” und sind die ersten mit CRISPR/Cas veränderten Menschen. Mittlerweile soll wohl noch ein weiteres Kind dazugekommen sein. Genauere Informationen sind nicht zugänglich. Empfohlen wird die Anwendung der Methode beim Menschen (noch) nicht, da nicht abschließend geklärt ist, welche Begleitfolgen sie haben kann. 

Der Grund für die “späte” Verleihung des Nobelpreises war, dass es seit Entdeckung der Methode einen Patentstreit gibt. 

Die Methode CRISPR/Cas ist weder gut noch schlecht, sie ist nur eine Technik. Sie hat ein enormes Potential unsere Welt zu verbessern, Menschen zu heilen, das Klima zu schützen – aber nur, wenn wir sie gewissenhaft und mit höchsten wissenschaftlichen Standards anwenden. Wir brauchen nun Antworten auf die ethischen und sozialen Herausforderungen, die es immer schon gab, die CRISPR/Cas aber offensichtlich macht. Es wäre wichtig, dass eine aufgeklärte Bevölkerung der Debatte folgt und sich daran beteiligt. 

Fest steht, dass die Methode aus der molekularen Genetik nicht mehr wegzudenken ist.

In der Bio-Frage geht es darum, ob die durch das Crispr/Cas-System verursachten Veränderungen auch gentechnisch nachweisbar sind. 

 

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ZK026 – Impfen: Fahndungsbilder für die Körperpolizei

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Anna Müllner
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@moepern

Impfen ist ein komplexes Thema und entlockt vielleicht vielen nur noch Schnarchgeräusche, aber kriegt man deswegen von Schweinegrippeimpfung Narcolepsie? Das besprechen wir in unserer Bio-Frage. Gerüchte um die Nebenwirkungen von Impfen ließen sich bisher nicht bestätigen. Zumindest Autismus als Impffolge kann mittlerweile gesichert ausgeschlossen werden. Es sei denn man glaubt den Marketingtricks des Ex-Doktors und Scharlatans Wakefield. “Erfunden” wurde das Impfen in China. In Europa hat Edward Jenner diese Prozedur bekannt gemacht, nachdem ihm eine Milchmagd mit Kuhpocken alles erklärt hatte. Die allererste Krankheit gegen die man damit vorging waren dann auch die Pocken, wogegen man erfolgreich mit Kuhpocken “impfte”. Daraus leitete sich auch der Name Vakzination für die Prozedur ab, denn vacca ist im Lateinischen die Kuh. 

Doch wie funktioniert “impfen”? Bei den Pocken z.B. nutzte man die Verwandschaft und damit die Ähnlichkeit des Pockenvirus Orthopoxvirus variolae mit dem Kuhpockenvirus Orthopoxvirus bovis. Denn dringt ein Erreger in den Körper ein, reagiert das Immunsystem und bildet spezifische Antikörper gegen die Oberflächenstrukturen des Erregers. Die Antikörper markieren den Erreger oder befallene Zellen für die Zellen des Immunsystems. Der Erreger wird ausgeschaltet und kann sich nicht mehr vermehren. Das Immunsystem bildet sogenannte “Gedächtniszellen“, die einen Steckbrief des Erregers mit sich herumtragen. Befällt ein Krankheitserreger den Körper ein weiteres Mal, wird er schnell erkannt und die spezifische Immunantwort erfolgt sehr viel schneller. Die Krankheit verläuft milder oder bricht gar nicht es aus. 

Das ist die aktive Immunisierung, bei der ein meist lebenslanger Krankheitsschutz aufgebaut wird, gelegentlich ist allerdings eine Auffrischung notwendig. Im Gegensatz dazu stehen passive Immunisierungen, in der Antikörper aus dem Serum von genesenen Patienten, gewonnen werden. Diese erhalten dann kranke Menschen, um Symptome zu mildern oder zu verhindern, dass die Krankheit im Körper Fuß fasst. Diese Methode wird z.B. bei Tollwut eingesetzt. 

Die Auffrischung wird vor allem bei Tetanus, Diphtherie und Pertussis (Keuchhusten) vergessen (alle 10 Jahre). Daher erfolgt bei Menschen mit Verletzungen in der Notaufnahme oft prophylaktisch eine Auffrischungsimpfung gegen Tetanus. Tetanus ist der Wundstarrkrampf, der zu so starken Muskelkrämpfen führt, das Menschen damit ihr eigenes Rückgrat brechen können. Diphtherie ist auch bekannt als der “Würgeengel der Kinder“, weil sie zu  zu lebensgefährlichen Erstickungsanfällen führt. Durch die Impfung ist sie in Deutschland selten geworden, in Osteuropa tritt sie noch gehäuft auf. Keuchhusten ist vor allem für Säuglinge lebensbedrohlich, sie werden meist von Jugendlichen und jungen Erwachsenen angesteckt, deren Impfschutz nicht aufgefrischt wurde.

Für die aktive Immunisierung nutzt man verschiedene Impfstoffe: Lebendimpfstoffe, also abgeschwächte Erreger, die sich zwar noch vermehren können, aber nicht mehr pathogen sind oder Totimpfstoffe, in denen abgetötete Erreger oder nur noch Teile davon enthalten sind. Für die Herstellung werden immer noch Hühnereier bevorzugt, auch wenn alternativ mittlerweile auch schon zur Zellkultur o.ä. gegriffen wird. Auch bei der Neuentwicklung des Sars-CoV-2-Impfstoffes verfolgt man verschiedene dieser Herangehensweisen. Da auch hier viele Impfdosen in kurzer Zeit benötigt werden, wird man sicher auf Wirkverstärker zurückgreifen. Für die Zulassung eines Impfstoffs ist in Deutschland das Paul-Ehrlich-Institut zuständig, grundsätzlich kann man allerdings festhalten, dass dieser die gleichen Phasen der Medikamententestung durchlaufen muss wie andere Arzneimittel auch. 

Die Information gegen welche Erreger eine Impfung empfohlen wird, findet sich beim Robert-Koch-Institut. Generell finden sich in dieser Liste viele sogenannte “Kinderkrankheiten” wie z.B. Windpocken, Keuchhusten oder Masern. Allerdings gibt es auch Krankheiten, die üblicherweise nicht in Deutschland anzutreffen sind und weshalb nur bei Reisen in bestimmte Gebiete entsprechende Impfungen verabreicht werden. Oder man nutzt Impfungen, um bei Ausbrüchen gefährlicher Erreger wie z.B. dem Ebolavirus durch sogenannte “Ringvakzinierungen” die Ausbreitung unter Kontrolle zu bekommen. In Risikogebieten ist eine Impfung gegen das durch Zecken übertragene FSME-Virus sinnvoll. 

In Afrika konnte der Wildtypstamm des Poliovirus mittels Impfung ausgerottet werden. Ein weiterer Beweis für die Sinnhaftigkeit von Impfungen. Polio ist auch als Kinderlähmung bekannt, die Ende des letzten Jahrtausends bei vielen Kindern zum Tod oder zu Lähmungserscheinungen führte. Manche Kinder waren so stark gelähmt, dass sie nicht mehr selbstständig atmen konnten. (Info: Diese Meldung erfolgte nach der Aufnahme unseres Podcasts.) Entgegen unserer Behauptung im Podcast sind einige eiserne Lungen, die Polio-Überlebende oft zum Atmen brauchen, noch in Gebrauch. Sie erlebten 2020 sogar Aufwind durch COVID19. Es ist jedoch wirklich so, dass eine Frau tragischerweise in ihrer eisernen Lunge bei einem Stromausfall starb.

Vor unserer Folge hatten wir komplett unrepräsentativ nach eurem Impfverhalten gefragt. Hier findet ihr die Twitterumfrage.  

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ZK025 – Immer Dagegen: Antikörper

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@moepern

In dieser Folge sprechen wir über Antikörper.  Antikörper? Was sind das eigentlich? Und weshalb sind sie so auf Krawall gebürstet?

Wenn in unsere Körper Fremdkörpern, d.h. vor allem Viren, Bakterien und Parasiten eindringen, erledigt das  unser Immunsystem sehr zuverlässig. Dazu hat es zwei Stufen der Abwehr im Arsenal: die angeborene Immunantwort und die erworbene Immunantwort.

Erste schlägt schnell aber unspezifisch zu (ungefähr wie ein betrunkener Hooligan). Die  erworbene, adaptive Immunantwort, greift hingegen hochspezifisch an. Ihre wichtigste Waffe dabei sind Antikörper: Y-förmige-Proteine, die Krankheitserreger erkennen und so markieren, dass die Immunzellen ihn ausschalten können. Sie haben einen immer unterschiedlichen Teil, der sehr genau ein Merkmal eines Krankheitserregers erkennt und einen immer gleichen Teil, der von anderen Immunzellen erkannt wird. 

Es gibt unterschiedliche Arten von Antikörpern: IgA, IgD, IgE, IgG, und IgM, die in unterschiedlichen Settings eine Rolle spielen.

Antikörper sind ein Multitool, dass die Medizin sich mittlerweile mit Erfolg zu nutze macht. Denn man kann Antikörper diagnostisch anwenden um z.B. festzustellen, ob eine Schwangerschaft vorliegt. Sie können außerdem ungeborene Kinder vor schweren Schäden durch mütterliche Antikörper schützen. Oder auch therapeutisch u.a. in Form einer passiven Impfung oder in der Therapie von Krebs und Autoimmunkrankheiten. Auch in der Forschung wird bei verschiedensten Methoden sehr gern zum Antikörper gegriffen.

In der Bio-Frage geht es heute darum, ob Lamas gegen Schuppen helfen.

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