Genetische Veränderung von menschlichen Embryonen durch Base Editing

„Bei der vorliegenden Publikation handelt es sich um ein sehr gutes grundlagenwissenschaftliches Projekt, das sich mit Speziesunterschieden in der frühen Embryonalentwicklung von Mensch und Maus befasst, insbesondere anhand der Funktion des Transkriptionsfaktors NANOG. Darüber hinaus demonstriert die Arbeit die Anwendbarkeit und Etablierung von Base-Editing-Technologien in frühen menschlichen Embryonen.“

„Das Base Editing dient in dieser Studie jedoch primär als methodisches Werkzeug, um grundlegende biologische Fragestellungen zu untersuchen und neue Erkenntnisse über artspezifische Unterschiede in der Embryonalentwicklung zu gewinnen. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt somit klar auf der Grundlagenforschung.“

„Im Gegensatz dazu fokussiert die Arbeit von Egli und Kollegen ausschließlich auf menschliche Embryonen und verfolgt einen deutlich translationaleren Ansatz (Überführung der Grundlagenforschung in die medizinische Anwendung; Anm. d. Red.) mit potenziellen gentherapeutischen beziehungsweise genommodifizierenden Anwendungen. Während beide Arbeiten wissenschaftlich hochrangig sind, halte ich die aktuelle ‚Nature‘-Studie aufgrund ihres Beitrags zum grundlegenden Verständnis der menschlichen Entwicklungsbiologie und der evolutionären Unterschiede zwischen Mensch und Maus aus wissenschaftlicher Sicht für deutlich interessanter.“

„In der vorliegenden Arbeit wird Base Editing ausschließlich als Werkzeug der Grundlagenforschung eingesetzt, um Speziesunterschiede in der frühen Embryonalentwicklung von Mensch und Maus, insbesondere am Beispiel von NANOG, zu untersuchen. Reproduktionsmedizinische oder humangenetische Anwendungen stehen dabei nicht im Fokus.“

„Demgegenüber verfolgen Egli und Kollegen einen translationalen Ansatz. Durch Base Editing werden in menschlichen Embryonen gezielt die Gene PCSK9 zur Senkung des Cholesterinspiegels sowie HBB zur Erhöhung des fetalen Hämoglobins verändert.“

„Einen unmittelbaren reproduktionsmedizinischen Nutzen sehe ich derzeit jedoch nicht. Für Hypercholesterinämien stehen wirksame PCSK9-Inhibitoren zur Verfügung, und bei monogenen Erkrankungen wie der Sichelzellkrankheit könnten im Rahmen einer künstlichen Befruchtung (IVF) nicht betroffene Embryonen ausgewählt werden, ohne Eingriffe in die Keimbahn vornehmen zu müssen.“

„Beide Arbeiten zeigen jedoch, dass Base Editing in menschlichen Embryonen deutlich präzisere Ergebnisse erzielt als klassische CRISPR/Cas9-Verfahren. Insbesondere treten weniger Off-Target-Effekte und keine größeren chromosomalen Aberrationen (Anomalie, welche die Struktur oder Anzahl von Chromosomen eines Genoms betrifft; Anm. d. Red.) auf, was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass keine DNA-Doppelstrangbrüche induziert werden.“

„Ich halte die Arbeit von Niakan und Kollegen für eine sehr gute grundlagenwissenschaftliche Studie. Besonders hervorzuheben ist, dass die Autoren klar betonen, dass ihre Experimente nicht auf eine klinische Anwendung abzielen, sondern der Beantwortung grundlegender biologischer Fragestellungen dienen. Ebenso begrüße ich die ausdrückliche Forderung nach einer breiten gesellschaftlichen Diskussion, bevor ein möglicher klinischer Einsatz von Base Editing in menschlichen Embryonen überhaupt in Betracht gezogen werden kann.“

„Aus meiner Sicht sind die Risiken des Base Editings in menschlichen Embryonen derzeit weiterhin nicht ausreichend abschätzbar. Zwar deuten die vorliegenden Daten auf geringere Off-Target-Effekte und weniger chromosomale Aberrationen im Vergleich zu klassischen CRISPR/Cas9-Ansätzen hin, die langfristigen Folgen solcher Eingriffe bleiben jedoch unbekannt. Dies gilt insbesondere für potenziell lebenslange genetische Veränderungen, beispielsweise im PCSK9-Gen. Insgesamt überwiegen derzeit aus meiner Sicht die Risiken die potenziellen klinischen Vorteile deutlich.“

„Diese präzise Genomeditierung in sehr frühen menschlichen Embryonen zeigt, dass unsere Spezies bereits in diesem Stadium ihr Genom anders nutzt als andere Arten. Dies verdeutlicht, dass es für das Verständnis des Menschen unerlässlich ist, menschliche Embryonen zu untersuchen, die von Paaren nach Abschluss ihrer Behandlung für eine künstliche Befruchtung großzügig gespendet wurden.“

„Das Forschungspotenzial ist von großer Bedeutung, da es eine präzise Veränderung des Genoms und die Messung der daraus resultierenden Auswirkungen ermöglicht. So identifiziert es Anfälligkeiten, die zu Unfruchtbarkeit, Fehlgeburten, Präeklampsie und Frühgeburten führen – allesamt Probleme, deren Ursprung in den ersten Wochen der Schwangerschaft liegen.“

Zu dem Statement der Autorinnen und Autoren: „Crucially, clinical translation of genome editing in human embryos must not proceed unless there is broad societal debate and support. Caution, underpinned by rigorous ethical inquiry and oversight together with extensive public discourse, is needed.”
„Diese Feststellung ist sowohl aus wissenschaftlicher als auch aus ethischer Sicht von entscheidender Bedeutung. Es wurde nachgewiesen, dass CRISPR/Cas9 bei menschlichen Embryonen zum Verlust ganzer Chromosomen und zu komplexen genomischen Umlagerungen führt, was Entwicklungsstörungen oder genetische Erkrankungen zur Folge haben kann. Selbst angesichts des verbesserten Sicherheitsprofils der Basenbearbeitung sind eine umfassende Bewertung von Off-Target-Mutationen (w enn durch das Base Editing weitere Stellen im Erbgut verändert werden, die nicht verändert werden sollten; Anm. d. Red.) , der langfristigen Auswirkungen auf die Entwicklung und – was am wichtigsten ist – ein echter gesellschaftlicher Konsens erforderlich, bevor eine Embryonenbearbeitung für klinische Zwecke in Betracht gezogen werden kann.“

„Ich ordne die Arbeit zunächst einmal als eine methodisch wichtige Studie ein, welche die Technologie des Base Editing als präzises Instrument in der Entwicklungsbiologie einsetzt. Bemerkenswert ist, dass die Autorinnen und Autoren einen zentralen Entwicklungsregulator, NANOG, gezielt inaktivieren. Damit zeigen die Forscher, wie sich frühe Zellschicksalsentscheidungen im menschlichen Embryo experimentell untersuchen lassen, ohne die Störeffekte klassischer Cas9-induzierter DNA-Doppelstrangbrüche in Kauf nehmen zu müssen. Diese Publikation ist kein Signal für eine bevorstehende klinische Anwendung, sondern stattdessen ein substanzieller Fortschritt für die Grundlagenforschung an der frühen menschlichen Entwicklung.“

„Der für mich wesentliche Wissenszuwachs liegt darin, dass die Arbeit die Rolle von NANOG für die Bildung des menschlichen Epiblasten (Teil des frühen Embryos während der Embryonalentwicklung bei Säugetieren; Anm. d. Red) experimentell belegt. Darüber hinaus zeigt sie relevante Speziesunterschiede in der Entwicklung zwischen Maus und Mensch auf. Die Studie liefert so auch einen wichtigen Beitrag zum Verständnis früher menschlicher Entwicklungsbiologie.“

„Der Mehrwert gegenüber dem ‚Egli-Preprint‘, der noch nicht im Peer-Review-Verfahren begutachtet wurde, liegt in der wissenschaftlichen Stoßrichtung: Während die Arbeit des Teams um Dieter Egli vor allem die technische Machbarkeit, Effizienz und potenzielle Sicherheit von Base Editing an krankheitsrelevanten beziehungsweise therapeutisch relevanten Zielgenen untersucht, beantwortet die Arbeit in ‚Nature‘ zudem auch eine zentrale entwicklungsbiologische Frage. Sie zeigt, dass Base Editing als präzises molekulares Werkzeug eingesetzt werden kann, um Genfunktionen in frühen Entwicklungsstadien zu analysieren und daraus neue biologische Erkenntnisse zu gewinnen.“

„Für die Grundlagenforschung bietet die ‚Nature‘-Studie erhebliches Potenzial, weil Base Editing eine Möglichkeit eröffnet, einzelne Basen des Erbgutes gezielt zu verändern und dadurch Genfunktionen in der frühen menschlichen Entwicklung deutlich präziser zu untersuchen als mit vorherigen Ansätzen. Ich betone, dass solche Experimente streng reguliert, transparent dokumentiert und mit umfassenden genomischen Kontrollen kombiniert werden müssen. Wenn dies der Fall ist, kann Base Editing in Zukunft weitere Fortschritte im Verständnis der menschlicher Entwicklungsbiologie ermöglichen, beispielsweise in der Forschung zu den Themen Unfruchtbarkeit oder zu frühen Fehlentwicklungen.“

„ Für die Reproduktionsmedizin und Humangenetik muss das Potenzial sehr viel vorsichtiger bewertet werden. Mosaizismus ¹ , Off-target ² - und Bystander-Editing ³ , mögliche strukturelle Genomveränderungen und fehlende Langzeitdaten machen eine klinische Anwendung gegenwärtig nicht verantwortbar. In Deutschland setzt das Embryonenschutzgesetz außerdem genetischen Veränderungen von Keimzellen beziehungsweise deren Verwendung zu Befruchtungszwecken enge strafrechtliche Grenzen. Der unmittelbare Nutzen liegt also nicht in der klinischen Anwendung und der Reproduktionsmedizin, sondern in der Grundlagenforschung.“

Anmerkung der Redaktion:
¹ Mosaizismus: Zustand, bei dem nicht alle Zellen des Embryos durch das Base Editing genetisch verändert wurden. Der Embryo ist ein Gemisch aus veränderten und nicht-veränderten Zellen.

² Off-target-Editing: Wenn durch das Base Editing weitere Stellen im Erbgut verändert werden, die nicht verändert werden sollten.

³ Bystander-Editing: Wenn während des Base Editings unbeabsichtigte Basen verändert werden, die an die beabsichtigte Zielstelle angrenzen.

„Die zwei Studien befassen sich mit unterschiedlichen Fragen, die jeweils ihre eigene Bedeutung haben. Die Studie in ‚Nature‘ befasst sich mit einer fundamentalen biologischen Frage der Grundlagenforschung. Nämlich: ob das NANOG-Gen für die menschliche Entwicklung ebenso wichtig ist wie bei Mäusen. Dafür kommt die neue Methode des Base Editings zum Einsatz, weil sie weniger Nebenwirkungen hat im Vergleich zu konventionellen CRISPR/Cas-Ansätzen. Die Studie der Egli-Gruppe befasst sich mit einem Sicherheitsaspekt des Base Editings, wobei das langfristige Ziel darin besteht, Genkorrekturen bei genetisch bedingten Erkrankungen des Menschen zu ermöglichen.“

„Die Arbeit der Forschungsgruppe von Dieter Egli dient dem ‚Proof of principle‘ und ist auf die Sicherheit ausgerichtet. Die andere Studie in ‚Nature‘ ist anwendungsorientiert und möchte eine Antwort auf eine Grundfrage der Entwicklungsbiologie des Menschen klären.“

„Ich finde es interessant, dass die ‚Egli-Studie‘ über Toxizität der Methode berichtete, wenn RNA für die Base Editing-Methode verwendet wurde, während die ‚Nature‘-Studie offenbar gute Ergebnisse mit RNA erzielen konnte.“

„Die ‚Nature‘-Studie untersucht die Funktion von Genen direkt am Menschen, wenngleich die Untersuchungen – aus offensichtlichen ethischen Gründen – auf die Präimplantationsphase beschränkt sind. Es werden dafür keine auf Stammzellen basierenden Embryomodelle benötigt, sondern es kann das Original direkt untersucht werden – selbstverständlich unter Aufsicht einer Ethikkommission. Das größte Problem ist die begrenzte Anzahl menschlicher Eizellen und befruchteter Eizellen. Wenn es aber wie im Fall der ‚Nature‘-Studie gesetzlich erlaubt ist, dann ist die technische Möglichkeit wohl da, um die Funktion von Genen direkt am Menschen zu untersuchen. Vor diesem Schritt wäre es jedoch ratsam und sinnvoll, diese Untersuchungen an einem nicht-menschlichen Primatenmodell durchzuführen, was die Möglichkeit bieten würde, die Phase nach der Implantation, die fetale Entwicklung, zu untersuchen. Auch das selbstverständlich nur mit Erlaubnis einer Tierschutzkommission.“

„Die Genkorrektur von humanen Embryonen ist nur dann ein echtes Problem, wenn die Embryonen in die Gebärmutter eingepflanzt oder in vitro dazu gebracht werden, sich nach dem vierzehnten Tag seit der Befruchtung weiterzuentwickeln. Genau hier bieten stammzellbasierte (non-integrated) Modelle einen Vorteil gegenüber echten humanen Embryonen. Off-target-Effekte (wenn durch das Base Editing weitere Stellen im Erbgut verändert werden, die nicht verändert werden sollten, Anm. d. Red.) auszuschließen ist und bleibt schwierig, auch mit Base Editing.“

„Der Wunsch, einen genetischen Defekt im Embryo zu beheben, ist lobenswert. Doch muss der durch den genetischen Defekt verursachte Schaden deutlich schwerwiegender sein als das Risiko von Schäden, die durch Off-target-Effekte durch das Base Editing verursacht werden können. Außerdem besteht bei dem derzeitigen Base Editing weiterhin das Risiko einer Mosaik-Wirkung. Das heißt, einige Embryozellen sind innerhalb desselben Embryos korrigiert, andere nicht. Abschließend darf man nicht vergessen, dass man bei der Prozedur mRNA und/oder Proteine in die befruchtete Eizelle injizieren muss, es sich also um eine invasive Methode handelt.“