Innovation

Die Technologie könnte ausgestorbene Arten wiederbeleben und dabei den Planeten verändern, aber es bleiben ernsthafte Fragen.

VonEric James Beyer

die später zwei Frauen implantiert wurden, die später gebären.

In einem offensichtlichen Versuch, eine natürlich vorkommende Mutation zu duplizieren, die bei etwa 10 Prozent der Europäer beobachtet wurde,Jiankui verwendet Gen-Editing-Technologie um CCR5 zu deaktivieren, ein Gen, das ein Protein kodiert, das es HIV ermöglicht, in Zellen einzudringen, so die Zeitschrift

Natur. Jiankui wurde von einem Gericht in Shenzhen zu einer Geldstrafe von drei Millionen Yuan 430.000 US-Dollar und zu drei Jahren Gefängnis wegen illegaler medizinischer Tätigkeit verurteilt. Zwei seiner Kollegen, die ihn bei der Arbeit unterstützten, erhielten kleinere Geldstrafen.Untersuchungen laufen noch um festzustellen, wie viel Unterstützung er von Forschern in den USA erhalten hat.

Obwohl es keine eindeutigen Beweise dafür gibt, dass es ihm gelungen ist, die Gene der drei Kinder, die aus den bearbeiteten Embryonen geboren wurden, zu verändern, gibt es eindeutige Aufzeichnungen, dass er etablierte Protokolle der Teilnehmerrekrutierung für seine Forschung missachtete. Gepaart mit einem kühnen Vorstoß in eine potenzielleGefährliches Terrain in der Genetik, Jiankuis Team, "überschritt das Endergebnis der Ethik in der wissenschaftlichen Forschung", erklärte das Gericht laut der BBC. Quelle:

Nationales Krebsinstitut/UnsplashDer gesamte Fall könnte leicht die Prämisse eines exzellenten Science-Fiction-Romans sein: Ein abtrünniger Biophysiker unternimmt einen gottgleichen Versuch, eine künstliche Resistenz gegen HIV zu entwickeln, indem er medizinische Ethik und Konventionen in den Wind stellt und ein internationales Netzwerk ethisch-fragwürdige Mitarbeiter im Prozess. Es ist auch die perfekte Darstellung der aufregenden und schrecklichen Potenziale einer Technologie, die die Türen zu einer legitimen wissenschaftlichen und sozialen Revolution öffnen könnte, wie wir sie noch nie gesehen haben.

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Diese Gen-Editing-Technologie heißt CRISPR, das barmherzige Akronym, das für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat steht. Dies ist der Name für Arrays von kurzen, genauen Abschnitten der DNA, die in Mikroorganismen wie Bakterien kodiert sind.

"Diese Technologie hat einen revolutionären Einfluss auf die Biowissenschaften."

Der Molekularbiologe Yoshizumi Ishino und seine Kollegen bemerkten das Vorhandensein dieser seltsamen, sich wiederholenden genetischen Sequenzen erstmals in den 1980er Jahren, während

Untersuchung von E. coli-Bakterien

. Die Entdeckung machte damals in der wissenschaftlichen Gemeinschaft relativ wenig Aufsehen, da niemand wusste, welche Funktion sie hatten. Eine Reihe von Forschern begann jedoch in den frühen 1990er und 2000er Jahren, diese Beobachtungen voranzutreiben. Im Jahr 2005 begann der Mikrobiologe Francisco Mojicarichtig theoretisiert, dass diese DNA-Arrays Teil einer

mikrobielles Immunsystem

. Wenn ein Virus ein einzelnes Bakterium angreift, fügt es seinen eigenen genetischen Code in den Mikroorganismus ein, um zu versuchen, ihn zu übernehmen und als Fabrik zu verwenden, um mehr Kopien von sich selbst zu produzieren. Bakterien sind nicht immer in der Lage, einen solchen Virusangriff abzuwehren,aber wenn sie dies tun, speichern sie eine Kopie eines Abschnitts der DNA des Virus in einem eigenen Archiv, um zukünftige Verteidigungsbemühungen zu unterstützen. Die in diesem Archiv gespeicherte DNA wird wie Fahndungsfotos verwendet, damit die Bakterien schädliche Viren identifizieren können.WerbungUm diese Sammlung von „Fahndungsfotos“ zu verfolgen und sie von der bakterieneigenen DNA zu trennen, platzieren die Bakterien sich wiederholende Sequenzen von Molekülen um jedes einzelne. Wenn ein Bakterium mit einem genetischen „Fahndungsfoto“ auf ein schädliches Virus trifft“ in seiner Sammlung sendet es ein Enzym wie Cas9, um alles, was dazu passt, zu zerschneiden und zu zerstören.Eines der bemerkenswerten Dinge an diesem System ist die Leichtigkeit, mit der es so programmiert werden kann, dass es eine Vielzahl von DNA-Sequenzen erkennt und verändert. Diese Enthüllung wurde 2012 weltweit bekannt, als die Biochemiker Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier eine Veröffentlichung veröffentlichtenim

Wissenschaft

beschreibt eine Technik zur Verwendung des Enzyms Cas9 bis

Genom bearbeiten

von Mikroorganismen bis zum Menschen. WerbungUm die DNA lebender Zellen umprogrammieren zu können, müssen bestimmte Gene ein- und ausgeschaltet werden, eine Aktion, die über Leben und Tod eines Organismus entscheiden kann. Wenn Wissenschaftler die genaue DNA-Sequenz identifizieren könnten, die beispielsweise HIV ermöglicht allowsÜbertragung könnten sie dieses Gen theoretisch ausschalten, was zu einer größeren Resistenz gegen die Krankheit und einer verbesserten Gesundheit von Millionen von Menschen führt.Die potenziellen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit sind nur einer der Gründe, warum Doudna und Charpentier 2020 den Nobelpreis für Chemie erhalten haben.In einer Pressemitteilung

bei der Bekanntgabe der Gewinner des letzten Jahres sagte Claes Gustafsson, Vorsitzender des Komitees, das diesen Preis überwacht: “

Diese Technologie hat einen revolutionären Einfluss auf die Biowissenschaften gehabt, trägt zu neuen Krebstherapien bei und kann den Traum von der Heilung von Erbkrankheiten wahr werden lassen.“

WerbungGustafssons Erwähnung der Biowissenschaften ist hier der Schlüssel, da die Technologie auf fast jedes Lebewesen angewendet werden kann. Wissenschaftler haben sie bereits verwendetverkürzt die Lebensdauer von Mücken und

verändern den Cholesterinspiegel bei Affen

zum Beispiel. Das Potenzial von CRISPR, eine revolutionäre Technologie neben den besten menschlichen Errungenschaften in den Bereichen Rechenleistung, künstliche Intelligenz und Technik zu sein, ist einfach nur aufregend.Das Leben findet einen WegIn diesem Potenzial steckt die Fähigkeit, ausgestorbene Arten von den Toten zurückzubringen. Da CRISPR es Wissenschaftlern ermöglicht, einzelne Gene, die bestimmte Merkmale programmieren, in das Genom lebender Arten einzuspleißen, könnte es verwendet werden, um neue, hybride Tiere zu erschaffen, dieweisen zumindest einige der körperlichen und Verhaltensmerkmale ihrer ausgestorbenen Brüder auf. Eine solche Art, die in den letzten Jahren ins Rampenlicht von CRISPR gerückt wurde, ist das Wollmammut.Das wollige Mammut-Projekt

ist einer von mehreren ehrgeizigen Plänen unter der Leitung von Revive & Restore, einer in Kalifornien ansässigen gemeinnützigen Organisation, die vom langjährigen Umweltschützer Stewart Brand mitbegründet wurde, mit dem Ziel, die Biodiversität durch die genetische Rettung gefährdeter und ausgestorbener Arten zu bereichern.Wie genau könnten Wissenschaftler das im Fall des Mammuts erreichen?

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"Zuerst müssen Sie ein prähistorisches Mammut sequenzieren", erklärte der Journalist Ben Mezrich 2017 in einem Interview mit National Geographic.

In Mezrichs Buch,

Woolly: Die wahre Geschichte der Suche nach einer der ikonischsten ausgestorbenen Arten der Geschichte, er erklärt, wie Wollmammuts während des Pleistozäns, einer Epoche, die vor etwa zweieinhalb Millionen Jahren begann und vor etwa 12.000 Jahren endete, riesige Graslandökosysteme auf dem eurasischen und nordamerikanischen Kontinent bewohnten. Quelle:

Stanislav Klimanskii/UnsplashZu dieser Zeit verschwanden sowohl das Grasland als auch die Mammuts. Die Umstände des Ablebens des Tieres waren die Quelle vieler Spekulationen, aber Wissenschaftler schreiben ihr Ende im Allgemeinen einer Kombination von Umweltveränderungen zu undÜberjagd durch den Menschen

. Unzählige Mammutskelette und Kadaver sind über diese gefrorenen Ebenen verstreut, gefangen im Permafrost in oft ausgezeichnetem Zustand. Werbung

Aber da der Permafrost an Orten wie Sibirien aufgrund der modernen globalen Erwärmung langsam schmilzt, haben sich diese Kadaver in zunehmender Zahl offenbart. Dies bietet Wissenschaftlern eine einzigartige Chance. Die Entnahme von Proben der Mammutüberreste würde es den Forschern ermöglichen,sequenzieren Sie sein Genom und untersuchen Sie genau, was das Tier auf genetischer Ebene einzigartig macht. Klonen ist vom Tisch – das würde perfekt konservierte Mammut-DNA erfordern, die keiner der Mammutkadaver liefern kann, da sie so lange auf dem eisigen Boden verrottet haben. Zum Glück haben Wollmammuts ein enges LebenVerwandter; der asiatische Elefant, mit dem er über 95 Prozent seiner DNA teilt. Hier könnte CRISPR seine Magie entfalten.

Anstatt [das Mammut zu klonen]“, führte Mezrich aus, „synthetisiert man die Gene, steckt sie in den Embryo eines asiatischen Elefanten, steckt den Embryo wieder in einen asiatischen Elefanten und der asiatische Elefant bringt dann das Wollige Mammut zur Welt.“

Es ist eine große Aufgabe, die Ideen von Jurassic-Park-artigen Fantasien heraufbeschwört.

Entscheidend ist jedoch, dass es bei der Rückkehr des Wollmammuts nicht nur darum geht, ein einziges vom Menschen verursachtes Unrecht zu korrigieren, eine Spezies zum Aussterben zu bringen, sondern auch darum, wie die Wiedereinführung des Tieres dazu beitragen kann, die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern.

Die Umweltuhr zurückdrehenIn den letzten Jahrzehnten haben der Ökologe Sergey Zimov und sein Sohn und Nikita hart daran gearbeitet, Bäume in den nördlichen Ebenen Sibiriens in einer der größten Geoengineering-Anstrengungen der Welt zu fällen. Das Vater-Sohn-Paar hat es geschafft

Pleistozän-Park, ein 144 km² großes Naturschutzgebiet und wissenschaftliches Experiment seit seiner offiziellen Gründung im Jahr 1996.

"Wir brauchen einen soliden Aufsichtsrahmen, und dieser muss global etabliert werden."

"Ich versuche, das größere Problem des Klimawandels zu lösen", sagte Nikita 2017 in einem Interview mit Der Atlantik. "Ich tue das für Menschen. Ich habe drei Töchter. Ich tue es für sie."

Bäume zu fällen scheint ein seltsamer Weg zu sein, aber die Forschung wurde von beiden Männern in der Zeitschrift veröffentlicht

Natur hat das Potenzial für die Wiedereinführung von Grünlandökosystemen zur Verlangsamung der gezeigt.Tauwetter des sibirischen Permafrosts

. Grasland reflektiert mehr Sonnenlicht als Wälder, und die Weidetiere, die sie durchstreifen, halten den Schnee im Winter mit Füßen, wodurch die Isolationswirkung verringert wird und der arktische Frost immer tiefer in den Boden vordringt.Quelle: Jakobstein/UnsplashDie Aufrechterhaltung dieses Permafrosts ist für jeden, der daran interessiert ist, die Auswirkungen der globalen Erwärmung zu mildern, von entscheidender Bedeutung. Aufgrund der Arbeit von Wissenschaftlern wie Sergey Zimov wissen wir auch, dass der arktische Permafrost ungefähr enthält.viermal mehr Kohlenstoff

als der Mensch seit der industriellen Revolution in die Atmosphäre freigesetzt hat. Wenn sich dieser Boden ausreichend erwärmt, könnte der freigesetzte Kohlenstoff die Auswirkungen der globalen Erwärmung in unvorhersehbarem Maße verstärken.Bisher haben Sergey und Nikita jakutische Pferde, Rentiere, Moschusochsen, Elche, Yaks, Schafe und Bisons wieder in den Pleistozän-Park eingeführt, um ein Ökosystem wiederherzustellen, das sich einst über den eurasischen Kontinent erstreckte. Und es ist genau so ein Ökosystemin dem sich ein Wollmammut perfekt zu Hause fühlen würde.

Dr. George Church von der Harvard Medical School, der leitende Wissenschaftler des Mammutprojekts The Revive & Restore, hatte 2013 ein zufälliges Treffen mit Sergey auf einer Konferenz zum Thema Aussterben in Washington DC Church war so inspiriert von Sergeys Träumen, Weidetiere zu verwendenum das Grasland-Ökosystem wiederherzustellen, das seine Entschlossenheit, das Projekt der Mammut-De-Extinktion durchzusetzen, stimuliert hat. Er will nun innerhalb eines Jahrzehnts eines in ihren Park liefern.Trotz beeindruckender Fortschritte kann dieser Zeitrahmen flexibel sein. Bisher konnte Churchs Labor die bearbeiten.Genom des Asiatischen Elefanten

um Veränderungen wie kälteresistente Hämoglobinzellen, zusätzlichen Haarwuchs und eine dicke Fettschicht einzuführen, um die Tiere vor extremem Winterwetter zu schützen. Und während noch viel Arbeit übrig bleibt, um andere Merkmale zu identifizieren und zu bearbeiten, ist die genetische Arbeit von CRISPRPRaktiviert kann tatsächlich das einfache Bit sein.

Es stellte sich heraus, dass der Teil der Genom-Editierung ziemlich einfach ist – wir werden darin gut“, sagte Church.Baku-Magazin im Jahr 2018. „Und das Lesen der alten DNA erwies sich auch als einfach; wir haben jetzt 24 Elefanten und Mammuts analysiert und konnten so die richtigen Prioritäten setzen.“

Bearbeitete Zellen in einen Säugetierembryo einzufügen, der sich austrägt, ist der Punkt, an dem die Dinge knifflig werden. Dies künstlich zu tun, ist etwas, das noch nie zuvor jemand getan hat. Asiatische Elefanten sind bereits eine vom Aussterben bedrohte Art – Naturschützer sind nicht bereit, Genetikern die Verwendung zu erlauben toeinen als Ersatz für die Verfolgung von Ausrottungsträumen. So wie es aussieht, wird Churchs Team in einigen Jahren noch nicht einmal bereit sein, sich mit diesem Problem zu befassen."Ich mache mir Sorgen, dass wir gehen werdennicht etwas tun, das viele Leben retten und die Lebensqualität verbessern könnte."

Trotz der Herausforderungen arbeiten Wissenschaftler auf der ganzen Welt daran, das Mammut zurückzubringen. 2019 japanische Forscher der Kindai University

veröffentlichte die Ergebnisse eines Experiments in Wissenschaftliche Berichte

in dem sie die am wenigsten geschädigten Kerne aus Knochenmarkzellen eines 28.000 Jahre alten Mammutkadavers nahmen und sie in Maus-Oozyten unreife Eizellen einbetteten. Einige dieser veränderten Zellen zeigten dann kurz eine Aktivität, die normalerweise der Zellteilung vorausgehtSie waren effektiv lebendig, wenn auch flüchtig. Während Experimente wie diese weit davon entfernt sind, Herden der riesigen Pflanzenfresser hervorzubringen, die die sibirische Steppe durchstreifen, wird die Technologie mit ziemlicher Sicherheit besser werden. Angesichts dieser Tatsache ist eine vollkommen berechtigte Frage, ob wir in der Lage sind, ein mächtiges Werkzeug zu verwenden oder nicht.wie CRISPR mit Bedacht.Die Ethik der CRISPR-AuferstehungDie Ethik der De-Extinktion und des Geoengineerings ist nicht einfach, aber auch nicht übermäßig dicht. Wie der Fall von He Jiankui zeigt, kann die Technologie die menschliche Fähigkeit zur Vorsicht leicht übertreffen, wenn die Umstände dies zulassen.In Bezug auf Tierarten wie das Wollmammut gibt es möglicherweise mehr Gründe für Optimismus als nicht. Zum einen hat die Wiedereinführung von Tierarten in eine Ökologie bewiesen, dass sie eine Vielzahl von Umweltvorteilen bringen kann. Eines der besten Beispiele fürDies ist die Wiederansiedlung von Grauwölfen im Yellowstone-Nationalpark im Jahr 1995 nach 70-jähriger Abwesenheit.

Quelle:

Michael Larosa/Unsplash

Wie Ben J. Novak in schreibt

Aufbau ethischer De-Extinktionsprogramme: Überlegungen zum Tierschutz bei der genetischen Rettung

, dies war eines der besten Dinge, die dem Park seit Jahrzehnten passiert sind, da „eine Kaskade vorteilhafter trophischer und Habitatveränderungen folgte, darunter eine Zunahme des Baumwachstums, die die selbstständige Wiederbesiedlung einer anderen lokal ausgestorbenen Art ermöglichte.der Biber, was wiederum zur Schaffung von Feuchtgebieten und einer verbesserten Flusshydrologie führte.“ Fälle wie dieser zeigen, dass es nicht unbedingt ein Wunschtraum ist zu glauben, dass die Wiedereinführung des Wollmammuts ähnliche positive Auswirkungen auf die Landschaft und das Klima haben könnte.

Aber was ist mit den Tieren, die vom Aussterben zurückkommen? Elefantenarten zum Beispiel sind sehr gesellig – es gibt sogar Beweise dafürAfrikanische Elefanten trauern um den Tod von Herdenmitgliedern. Nehmen Sie den Kontext dieser sozialen Bindungen und Interaktionen weg, wie es passiert, wenn Elefanten in Zoos umgesiedelt oder in Zirkussen verwendet werden, und die Tiere zeigen, was nur als psychischer Zusammenbruch beschrieben werden kann. Wäre es richtig, zu synthetisierenein Mammutkalb ohne Herde zur Unterstützung?

Solche Fragen warten auf praktische Antworten und müssen beantwortet werden, wenn CRISPR-Anwendungen auf jeden Organismus angewendet werden, sei es ein Mammut oder ein Mensch. Einer der erschreckenden Aspekte der Technologie ist, dass sie im Moment im Wesentlichen für alle frei ist, mitkein einziges Leitungsgremium, das die ethischen Schüsse bei seiner Verwendung vorgibt.

Gespräch mit dem Harvard Gazette 2019 betonte Catherine Racowsky, Professorin für Reproduktionsbiologie, die Notwendigkeit einer Regulierung und sagte: „Wir brauchen einen soliden Aufsichtsrahmen, und dieser muss weltweit etabliert werdenauf den Embryo angewendet werden [...]. Das bedeutet, dass wir einen Konsens darüber haben müssen, welche Anwendungen akzeptabel sind, dass wir eine angemessene behördliche Aufsicht haben und, vielleicht am wichtigsten, dass es sicher ist.“

Andere, wie George Church, befürchten, wir könnten zu weit in die andere Richtung schwanken und uns davon abhalten, wirkliche und bedeutende Veränderungen vorzunehmen. „Ich bin eine der lautesten Stimmen, die Vorsicht walten lässt. Ich bin stark in Sicherheitstechnik investiert undIch habe fast 20 Artikel über Bioethik geschrieben. Ich bin ein Optimist, aber es ist kompliziert – alles macht mir Sorgen. Aber weil sich die Leute so viele Sorgen um neue Technologien machen, mache ich mir Sorgen, dass wir es tun werden

nicht etwas tun, das viele Leben retten und die Lebensqualität verbessern könnte.CRISPR ist ein zu verlockendes Werkzeug, an dem wir nicht herumbasteln sollten. In den kommenden Jahrzehnten werden weitere Experimente, ethische Missgeschicke und Durchbrüche stattfinden, während die Menschheit wieder auf die Beine kommt, nachdem sie sich ein neues Paar Promethean-Schuhe gebaut hat. Es wird faszinierend sein zu sehenwo wir uns entscheiden, mit ihnen zu gehen.

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