Dr. med. Sigrun Jung Dr. med. Dipl.Chem. Wolfgang Jung. Ärzte für Allgemeinmedizin, Psychotherapie / Umweltmedizin Diabetologen (DDG)

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1 Dr. med. Sigrun Jung Dr. med. Dipl.Chem. Wolfgang Jung Ärzte für Allgemeinmedizin, Psychotherapie / Umweltmedizin Diabetologen (DDG) Schulstr Simmern Gentechnologie Segen oder Fluch? Eine Informationsveranstaltung in Zusammenarbeit mit den evangelischen Kirchengemeinden Dickenschied, Rohrbach, Womrath und Woppenroth und Pfarrer Dietrich Benninghaus

2 Albert Camus: Das Böse in der Welt rührt fast immer von der Unwissenheit her, und der gute Wille kann soviel Schaden anrichten wie die Bosheit, wenn er nicht aufgeklärt ist. (aus: Die Pest ) Gentechnologie Wie ist Gentechnologie definiert? Was sind die wissenschaftlichen Grundlagen? Wie wird Gentechnologie angewandt? Welche Chancen und Risiken bestehen? Wer kontrolliert die Anwendungen? Wie können wir mit der neuen Technologie umgehen?

3 Was ist Gentechnologie? Veränderte Lebensmittel (Mais,Weizen) Medikamente (Insulin, Erythropoetin, Interferon) Impfstoffe (Hepatitis etc.) Klonen? (Schaf Dolly) Herstellung von Chimären (Schiege) Heilung von Erbkrankheiten (Immundefekte, Mucoviscidose) Definition Gentechnologie beschreibt die Summe aller Methoden, die sich mit der Isolierung, Charakterisierung, Vermehrung und Neukombination von Genen auch über Artgrenzen hinweg beschäftigen. Fischbach, Uni Freiburg: Gentechnologie

4 Was ist Gentechnologie nicht? Abgrenzung zur Biotechnologie,d.h. Einsatz normaler biol. Prozesse mittels (groß-)technologischer Verfahren, z.bsp. Joghurt,Käse, Wein,Bier, Hefe, Brot bis hin zu PC-gesteuerten Operationen, Prothetik und Fortpflanzungstechnologien wie z.bsp. IvF und ICSI Entwicklung neuer Technologien, die auch bei der Gentechnologie zum Einsatz kommen können. Gentechnologie Wie ist Gentechnologie definiert? Was sind die wissenschaftlichen Grundlagen? Wie wird Gentechnologie angewandt? Welche Chancen und Risiken birgt diese Technologie? Wer kontrolliert die Anwendungen? Wie können wir mit der neuen Technologie umgehen?

5 Historische Entwicklung 1866: Gregor Mendel macht erste Versuche ca 1900: Wiederentdeckung der Mendel schen Gesetze 1944: Oswald T. Avery entdeckt die DNA als Trägerin der Erbsubstanz 1950 Erwin Chargaff entdeckt die Bausteine der DNA 1950: Rosalind Franklin Röntgenstrukturanalyse der DNA 1953: Watson u. Crick entdecken die Struktur der Doppelhelix 1965: Matthaei u. Nivenberg entschlüsseln den genetischen Code 1973: Cohen u. Boyer übertragen DNA über Artgrenzen hinweg 2001: das menschliche Genom ist vollständig entschlüsselt

6 Was wissen wir heute über die Erbanlagen? Jede Zelle besitzt den Bauplan des gesamten Organismus im Zellkern in Form von Chromosomen, das sind beim Menschen 22 Paare und ein Satz Geschlechtschromosomen (XX oder XY), also 46 Chromosomen. Chromosomen Unsere Chromosomen bestehen wie die (fast) aller Lebewesen aus Fäden von DNA, die nur während der Zellteilung mit dem Mikroskop sichtbar sind.

7 Der menschliche Chromosomensatz Desoxyribo-Nuclein-Säure (Acid) DNS (DNA) Diese Substanz ist wie eine Wendeltreppe (Doppelhelix) gebaut: Die Sprossen bestehen aus vier verschiedenen Basen: Adenin, Guanin, Thymin, Cytosin Die Seitenteile bestehen aus einem Zucker-Phosphat-Gerüst (Ribose).

8 Nukleotide Adenin Thymin Cytosin Guanin Jeweils die Basenpaare A und T sowie C und G passen zusammen und bilden eine Sprosse der Doppelhelix. Die jeweilige Base mit dem dazugehörigen Zucker-Phosphat-Baustein, der bei allen identisch ist, nennt man Nukleotid.

9 DNA-Stück DNA - Replikation Zur Zellteilung und insbesondere zur Fortpflanzung muss die Erbinformation möglichst vollständig und fehlerfrei weitergegeben werden. Dazu öffnet sich der DNA-Strang, der die Erbinformation ja doppelt enthält, wie ein Reißverschluss und da nur immer eine Nukleotid an den jeweiligen Partner passt, entstehen so 2 neue DNA-Stränge, die nur zur Hälfte neu entstanden sind. Bei der Bildung der Keimzellen (Ei- und Samenzelle) wird allerdings vor der Zellteilung die Erbinformation nicht verdoppelt, sondern nur gespalten.

10 DNA - Replikation DNA DNA ist eine Art Datenbank sämtlicher Informationen, die ein lebender Organismus braucht, um leben, wachsen und sich fortpflanzen zu können. Diese Informationen sind in Form des Universellen Genetischen Codes gespeichert, der für jedes Lebewesen auf dieser Erde identisch ist.

11 Ribonukleinsäure RNA Einsträngige Nukleinsäure Uracil statt Thymin als Baustein messenger-rna (Informationsträger-RNA) transfer-rna (Aminosäurentransport-RNA) Erbsubstanz bei einzelnen Virusarten Der genetische Code Jeweils 3 Basenpaare stehen für eine der 20 Aminosäuren, aus denen sich unsere Proteine (Eiweiße) aufbauen Darüber hinaus gibt es noch Funktionsbefehle, z. Bsp. für Anfang oder Ende der Eiweißkette.

12 Vom Gen zum Protein (1) Die DNA verhält sich zwar in gewisser Weise wie ein Computerprogramm, sie enthält sogar die Anweisungen für den Bau der gesamten Fabrik (Zelle) und der Maschinen, einschließlich der benötigten Bausteine (Proteine). Vom Gen zum Protein (2) Zunächst wird durch Aufspaltung der Doppelhelix ein Teil der Information abgeschrieben (Transkription), der dann als Bote (messenger-rna) zum Ribosom, der Proteinfabrik gelangt, wo der Code der Nukleotide in eine Aminosäuresequenz übersetzt wird (Translation).

13 Vom Gen zum Protein (3) DNA Transkription (Ablesen) Transport zum Ribosom Translation (Übersetzung) Verknüpfung der AS Auffaltung des Proteins Genetische Variabilität Vor der Teilung der Keimzellen tauschen manche Genpaare eines Individiums die Plätze auf den Chromosomensträngen durch sog. Crossing-over.

14 Mutationen - Fehler der Natur? Beim Vervielfältigen und Ablesen der DNA kommt es auch zu Fehlern: - manche werden durch Reparaturgene erkannt und korrigiert, - andere werden nicht bemerkt. Mutationen Einige dieser Mutationen sind für den Organismus belanglos, andere mit dem Leben nicht vereinbar und wieder andere bringen für das betr. Lebewesen Vorteile mit sich, die dazu führen, dass dieses Und seine Nachfahren im Kampf ums Überleben gewinnen. (Selektion)

15 Mutationen - Kopierfehler Mutationen geschehen durch Zufall, ihr Überleben ist jedoch keineswegs zufällig. Bsp. : Man bohrt nicht in der Nase. Mn bihrt ncht in dr Nese. Max bohrt nicht in der Nase. Eile mit Weile Eule mit Weile Eile mit Keile Eile mit Keule Viren die Ausnahmen in der Natur Ein Virus besteht nur aus einer Proteinhülle, die einen DNA-(RNA-) Strang Umhüllt. Die Information reicht nur aus, um sich zu vermehren, jedoch nicht, um Zellen zu produzieren, in denen Viren vermehrt werden können. Dazu müssen Viren in Wirtszellen infiltrieren.

16 Viren Viren beimpfen die Wirtszelle mit ihrer DNA (RNA), schleusen ihr Erbmaterial in den Replikationsmechanismus ein und zwingen so die Zelle weitere Viren zu produzieren, bis sie platzt und neue Viren freigibt. Viren, die Bakterien befallen nennt man Bakteriophagen. Gentechnologie Wie ist Gentechnologie definiert? Was sind die wissenschaftlichen Grundlagen? Wie wird Gentechnologie angewandt? Welche Chancen und Risiken birgt diese Technologie? Wer kontrolliert die Anwendungen? Wie können wir mit der neuen Technologie umgehen?

17 Isolierter DNA-Strang Ein zwei Meter langer Erbfaden pro Zelle mit ca Genen Verfahren der Gentechnologie Schneiden mit molekularen Scheren Kleben von Genen auch aus unterschiedlichen Organismen Vervielfältigen von Genen (Klonieren) Bakterien und Pilze als Kopiergeräte PCR für genetischen Fingerabdruck Genübertragung

18 Verfahrensweise der Gentechnologie Anwendungsgebiete der Gentechnologie

19 Gentechnologie Wie ist Gentechnologie definiert? Was sind die wissenschaftlichen Grundlagen? Wie wird Gentechnologie angewandt? Welche Chancen und Risiken birgt diese Technologie? Wer kontrolliert die Anwendungen? Wie können wir mit der neuen Technologie umgehen? Chancen der Gentechnologie (1) Medizin: bessere Medikamente, diagnostische Verfahren und Therapien sowie die Herstellung effizienterer Impfstoffe Ernährung: Steigerung der Qualität und Quantität bei der Erzeugung von Lebensmitteln. Die Gen-Tomate ist ein erster Schritt

20 Chancen der Gentechnologie (2) Forschung: Gentechnik schafft neue Arbeitsplätze, auch wenn Deutschlands Beitrag zum Human-Genom-Projekt mit 3% gering war Geschichte: Gentechnische Vergleiche mit Vorfahren wie Neandertaler oder Ötzi enträtseln die menschliche Entwicklungsgeschichte Beispiele für Erkrankungen und Wirkstoffe Diabetes mellitus Insulin Hypophysärer Zwergwuchs Wachstumshormon Keratitis (durch Herpes simplex IFN-a2c Haarzell-Leukämie IFN-a2b Kaposi-Sarkom IFN-a2a Thrombose/Herzinfarkt Plasminogen Activator Immunprophylaxe Keuchhusten Haemophilus Influenza An ämie Erythropoetin Hepatitis-B-Prophylaxe Hepatitis-B-Vakzine Hypernephrom (Nierentumor) Interleukin 2 Rheumatoide Arthritis IFN-g Chronische Granulomatose IFN-g1b Hämophilie A / B Factor VIII / IX Neutropenie nach Chemotherapie G-colon stimulating factor Lungenemphysem a Mukoviszidose DNase Multiple Sklerose IFN-b1b Cholera-Lebendimpfung Vibrio cholerae in Deutschland zugelassen 1997: 43 Arzneimittel (34 Wirkstoffe) 1999: 60 Arzneimittel (46 Wirkstoffe)

21 Identifizierung krankheitserzeugender Gene Krebs: Erblicher Brustkrebs, Augenkrebs Lungenerkrankung: Mukoviszidose Nerven-Muskel-Erkrankung: Chorea Huntington, Duchenne-Muskelschwund, Muskelverfall McArdle Blut-/Gerinnungsstörung: Hämophilie A und B, Sichelzellanämie, ß-Thallassämie Geistige Behinderung: Phenylketonurie Erblindung: Tay-Sachs-Krankheit Methoden der Gentherapie (1) Somatische Gentherapie: In normale Körperzellen wird ein intaktes Gen eingeschleust. Bei Blutkrankheiten können die Stammzellen aus dem Knochenmark, aus denen alle unterschiedlich spezialisierten Blutzellen hervorgehen, entnommen und nach Gentherapie reimplantiert werden. In der Folge ist das zusätzliche Gen in allen ausgereiften Blutzellen funktionsfähig.

22 Methoden der Gentherapie (2) Somatische Gentherapie: Bei der Lungenkrankheit Mukoviszidose hat man im Tierversuch erfolgreich über Inhalationsgeräte DNA in Lungenepithelzellen einbringen können. Nach einigen Wochen muss die einfache Therapie wiederholt werden, da diese Lungenzellen regelmäßig erneuert werden.

23 Methoden der Gentherapie (3) Keimbahntherapie: Das intakte Gen wird in die befruchtete Eizelle eingespritzt, die anschließend der Mutter eingepflanzt wird. Das Gen ist später in allen Zellen des ausgewachsenen Individuums enthalten. Theoretisch könnte man so alle genetisch bedingten Krankheiten behandeln. Die Risiken der Therapie (1) Im Sept 1999 starb der 18-j. Jesse Gelsinger an den Folgen einer gentherapeutischen Behandlung: Er litt an einer seltenen Stoffwechselkrankheit, dem OTC-Mangel, die er selbst mit Diät und Medikamenten gut im Griff hatte. Er nahm freiwillig an den Tests teil, um Kindern, die mit einem schwererem Verlauf der Erkrankung geboren werden, zu helfen. Adenoviren, alltägliche Grippeviren, schleppten die fehlende Erbinformation zur Produktion des fehlenden Enzyms in den Organismus.Sie lösten dadurch eine Infektion aller Organe aus, was den Tod dieses Jungen zur Folge hatte.

24 Die Risiken der Therapie (2) Der gläserne Mensch: Der manipulative Eingriff in das Erbgut könnte zur Züchtung eines Supermenschen aus dem Genlabor führen. Überwachungsstaat: Behörden und Unternehmen können Beschäftigte mit Hilfe von Gentests nach besonderen Kriterien selektieren. Die Risiken der Therapie (3) Organhandel: Menschliche Zellen und gezüchtete Organe werden zu Handelsobjekten Verstoß gegen die Menschenwürde. Bio-Zeitbombe: Unkontrollierbare Störung des natürlichen biologischen Gleichgewichts durch Artveränderungen in Flora und Fauna.

25 Die Risiken der Therapie (4) Wir wissen nie im Voraus, wie der einzelne Organismus auf den Überträger reagiert. Wir wissen immer noch zu wenig über die Funktion der einzelnen Gene um konkrete Voraussagen über die Konsequenzen unseres Handelns zu machen. Wir wissen nicht, wie die neuen Gene im Organismus reguliert werden. Wir können bisher die Informationen nur ungezielt übertragen und wissen nicht, wo sie im Körper des Empfängers eingebaut wird. Gen-Test können nicht mit Sicherheit das Auftreten oder den Verlauf einer Krankheit voraussagen. Die Risiken der Therapie (5) Wir müssen den Patienten ehrlich sagen, dass die Gentherapie eine Behandlung der Zukunft ist und dass die Zukunft noch nicht begonnen hat. L.Weissbach, Präs. der Deutschen Krebsgesellschaft 12/2000

26 Perspektiven der Gentechnologie Gentherapie von Krebserkrankungen Gentherapeutische Impfungen gegen Autoimmunerkrankungen wie Diabetes Typ 1 und Rheumatische Erkrankungen Suche nach Langlebigkeits-Genen Präimplantationsdiagnostik und therapie Kampf gegen den Hunger auf der Erde Die Natur betreibt Gentransfer und Genmanipulation seit Milliarden Jahren, und wir überschreiten keineswegs eine heilige Grenze, wenn wir es ihr nachtun. Jens Reich, Prof. f. Molekularbiologie, Max-Delbrück-Centrum, Berlin. in: Zeit-Punkte: Was darf der Mensch? 2/1995

27 Entweder die Natur praktiziert die Gentechnologie, dann soll es auch so bleiben, dann können wir die Labors schließen,...oder aber die Handelnden bei der Gentechnologie sind Menschen, Wissenschaftler, Industrielle, Mediziner, Politiker, Patienten. Dann ist die Gentechnologie genauso wenig natürlich wie das Wort Natur grün ist. Ulrich Beck,Prof.f.Soziologie, Uni München in: Zeit-Punkte: Was darf der Mensch? 2/1995 Was ist Gentechnik? Neukombination von Nucleinsäuren - Herstellung von Proteinen für medizinische und technische Anwendungen - Herstellung von transgenen Pflanzen und Tieren - Gendiagnostik - Gentherapie Was ist Gentechnik nicht? Extrakorporale Befruchtung Übertragung von Embryonen auf Leihmütter (Zell)Biologische Verfahren Klassische Züchtungsverfahren - Herstellung von tierischen Hybriden (Schiege) - Herstellung von Pflanzenhybriden (Nektarine) - Klonierung von Organismen (z. B. Stecklinge, Ableger) - Embryoteilung und Embryotransfer bei Nutztieren

28 Die Ultrastruktur einer Zelle Der genetische Code

29 Literaturhinweise: Bayer-Report 1/2001 Brown, T.A.: Gentechnologie für Einsteiger, Spektrum-Verlag 1999 Bresch,Hausmann: Klassische und Molekulare Genetik, Springer Brott et al.: Biologie 2/3, Cornelsen Bucher: Cytologie,Histologie und mikroskop-anatomie des Menschen, Hans Huber Der Spiegel: 20/2000 Lewin: Molekularbiologie der Gene,Spektrum-Verlag 1998 Riewenheim: Gentechnologie, Rotbuch 2000 Spektrum der Wissenschaft: Spezial 4 Schlüsseltechnologien Dossier Perspektiven in der Medizin Digest Altern, Krebs und Gene Stryer: Biochemie, Spektrum-Verlag 1999 Van Loon: DNA Das Molekül des Lebens, Spektrum Zeit-Punkte: Was darf der Mensch, 21995