Problemstellungen bei der Einführung einer persönlichen Genomsequenzierung

Schmidt, André

Problemstellungen bei der Einführung einer persönlichen Genomsequenzierung

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Einleitung:
Human Genome Placed on Chip;
Biotech Rivals Put It Up for Sale.
Unter dieser Schlagzeile berichtete die New York Times am 2. Oktober 2003 über einige biotechnologische Unternehmen sowie über die von ihnen entwickelten Microarrays, den so genannten Genchips. Dabei handelt es sich um Speichermedien in der Größe einer Briefmarke, auf denen sich die Aktivität von bis zu 30 000 Genen einer menschlichen Gewebeprobe erfassen lassen. Seitdem verbinden sich weltweit viele Hoffnungen und Ängste mit der Chance in absehbarer Zeit auf diesem Wege jedes individuelle Genom preiswert sequenzieren zu können: So soll die persönliche Genomsequenz helfen Wirkstoffe mit schädlichen Nebenwirkungen zu vermeiden, die Erkundung normaler und krankhafter Abläufe in Zellen revolutionieren und zudem eine schnellere und genauere Diagnose ermöglichen. Vom perfekten persönlichen Arzneimittel bis hin zum Fortschritt nur für Wohlhabende reichen die Erwartungen und Befürchtungen. Dabei verschwimmen schnell die Grenzen zwischen denkbar und machbar, möglich und nötig, Science und Fiction.
Das Lesen der menschlichen DNA wird durch automatisierte und schnellere Verfahren wie z.B. der Microarray-Technologie immer preiswerter und attraktiver, wodurch in absehbarer Zeit die Einführung einer persönlichen »Genomsequenz« vielleicht für jedermann erschwinglich sein könnte. Jedoch sind mit dieser Entwicklung nicht nur enorme Chancen für die zukünftige Medizin, sondern auch natürliche Grenzen und ethische Problemstellungen verbunden, die entsprechend reflektiert werden müssen.
Aus diesem Grunde werden in dieser Studie anhand von ausgewählten Abhandlungen verschiedener Autoren, wie Church, Gibbs, Müller und Bartram die wissenschaftlichen Grundlagen und gesellschaftlichen Konsequenzen in diesem Zusammenhang näher betrachtet, um rational abschätzen zu können, inwieweit diese neuartige technologische Entwicklung das Handlungsfeld der genetischen Untersuchung und der künftigen medizinischen Praxis verändern könnte. Dabei wird neben einer anfänglichen aktuellen Problemstellung der Gegenstand auch in einen sozialen Kontext eingegliedert. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der detaillierten Analyse des aktuellen technologischen Sachstandes, wobei auch untersucht wird, welche praktischen Anwendungen man sich mittel- und langfristig auf den Gebieten der Diagnose, der Therapie, der prädiktiven Medizin sowie der Medikamentenentwicklung davon erhofft.
Besondere […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

André Schmidt

Problemstellungen bei der Einführung einer persönlichen Genomsequenzierung

ISBN: 978-3-8366-3102-0

Herstellung: Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2009

Zugl. Technische Universität Dresden, Dresden, Deutschland, Staatsexamensarbeit,

2007

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http://www.diplomica.de, Hamburg 2009

PROBLEMSTELLUNGEN BEI DER

EINFÜHRUNG EINER PERSÖNLICHEN

GENOMSEQUENZ

WISSENSCHAFTLICHE GRUNDLAGEN UND

GESELLSCHAFTLICHE AUSWIRKUNGEN

DRESDEN, FEBRUAR 2007

Philosophische Fakultät » Institut für Philosophie » Professur für Technikphilosophie

ANDRÉ SCHMIDT

Titelbild: Das Bild ,,Protein-DNA HADDOCKing" stammt aus der Molecular Gallery von Dr.

Alexandre Bonvin des Bijvoet Center for Biomolecular Research der Universität Utrecht.

URL: http://www.nmr.chem.uu.nl/~abonvin/gallery.html" [Stand: 20. Februar 2007].

DANKSAGUNG

Mein Dank gilt all denen, ohne die diese Examensarbeit nicht in dieser vorlie-

genden Form zustande gekommen wäre: meiner Familie, all meinen Lehrern während

des Philosophie- und Geschichtsstudiums an der Technischen Universität Dresden,

allen Kommilitonen und Freunden, die mit Anregungen zur Konzeption dieser Arbeit

beigetragen haben, sowie Herrn S

EIDEL

vom Universitätsmarketing für die reibungslo-

se Zusammenarbeit bei der Layoutgestaltung. Im besonderen Maße sei hiermit auch

Herrn Prof. Dr. Bernhard I

RRGANG

gedankt, der mit interessanten Anregungen, vielfäl-

tigen Diskussionen und anfänglichen Hilfestellungen in den Seminaren bei mir nicht nur

das Interesse für das Gebiet der Technologiefolgenabschätzung geweckt hat, sondern

mich zudem auch noch zur Bearbeitung dieses Themas inspiriert hat.

Ein ausdrücklicher Dank gilt schließlich meiner großen Hilfe Franziska

OLLE

für ih-

re ausdauernde moralische Unterstützung bei der Ausarbeitung, beim Redigieren so-

wie für das stete Verständnis für den Verzicht auf viele gemeinsame Freizeitstunden

und nette Abende.

VORWORT

,,Human Genome Placed on Chip;

Biotech Rivals Put It Up for Sale"

Unter dieser Schlagzeile berichtete die New York Times am 2. Oktober 2003

über einige biotechnologische Unternehmen sowie über die von ihnen entwickelten

Microarrays, den so genannten Genchips. Dabei handelt es sich um Speichermedien

in der Größe einer Briefmarke, auf denen sich die Aktivität von bis zu 30 000 Genen

einer menschlichen Gewebeprobe erfassen lassen. Seitdem verbinden sich weltweit

viele Hoffnungen und Ängste mit der Chance in absehbarer Zeit auf diesem Wege

jedes individuelle Genom preiswert sequenzieren zu können: So soll die persönliche

Genomsequenz helfen Wirkstoffe mit schädlichen Nebenwirkungen zu vermeiden, die

Erkundung normaler und krankhafter Abläufe in Zellen revolutionieren und zudem eine

schnellere und genauere Diagnose ermöglichen. Vom perfekten persönlichen Arznei-

mittel bis hin zum Fortschritt nur für Wohlhabende reichen die Erwartungen und Be-

fürchtungen. Dabei verschwimmen schnell die Grenzen zwischen denkbar und mach-

bar, möglich und nötig, Science und Fiction.

Aus diesem Grunde widmet sich die vorliegende Examensarbeit im Sinne einer

Technologiefolgenabschätzung und -beurteilung den wissenschaftlichen Grundlagen

sowie den gesellschaftlichen Konsequenzen bei der Einführung einer persönlichen Ge-

nomsequenzierung, um mit wissenschaftlichem Sachverstand die nötige Diskussion

über die Probleme einer individuellen Genomsequenzierung sowie dessen Umsetzung

im Gesundheitswesen zu führen, noch bevor diese neue Biotechnologie marktreif zur

Verfügung steht. Zudem stellt sich diese Arbeit der Aufgabe, die stark emotional ge-

führte und oft mit Spekulationen überfrachtete Diskussion durch einen kleinen aufklä-

renden Beitrag auf der Basis von experimentellen Fakten zu versachlichen, um in der

öffentlichen Diskussion nicht auf das obladendünne Eis des Halbwissens zu gelangen,

sondern zu einer rationalen und verantwortungsvollen Weiterentwicklung und Nutzung

dieser neuen Technologie.

Dresden, Februar 2007

André Schmidt

Vgl. P

OLLACK

, Andrew: Human Genome Placed on Chip; Biotech Rivals Put It Up for Sale. In: The New York Times, Health,

October 2, 2003.

INHALTSVERZEICHNIS

Seite

DANKSAGUNG V

VORWORT VI

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS IX

1 KURZFASSUNG

_____________________________________________________

1 ABSTRACT

_________________________________________________________

2 DIE AKTUELLE PROBLEMSTELLUNG

___________________________________

2.1 Die Chance einer Möglichkeit _______________________________________ 3

2.2 Die neue individuelle Medizin ________________________________________ 4

2.3 Bioethisch-gesellschaftliche Aspekte _________________________________ 5

3 DAS 1000-DOLLAR-GENOM

_________________________________________

3.1 Die Industrialisierung der Biotechnologie_______________________________ 8

3.2 Digital gegen Analog_______________________________________________ 9

4 TECHNOLOGISCHER SACHSTAND

___________________________________

4.1 Die Microarray-Technologie________________________________________ 11

4.2 Anwendungsgebiete des Microarrays _______________________________ 14

4.3 Der DNA-Microarray _____________________________________________ 15

4.4 10 000 Experimente auf einmal_____________________________________ 17

5 HYPOTHETISCHE ANWENDUNGSGEBIETE

___________________________

5.1 Ziele und Motive der persönlichen Genomanalyse ______________________ 19

5.2 Diagnosen nach Maß_____________________________________________ 20

5.3 Die individuelle Therapie___________________________________________ 21

5.4 Medikamente nach Maß __________________________________________ 22

5.5 Die Prädiktive Medizin ____________________________________________ 26

INHALTSVERZEICHNIS

XIII

6 PRINZIPIELLE GRENZEN DER PROGNOSE

___________________________

6.1 Probleme genetischer Determiniertheit ______________________________ 28

6.2 Endogene und exogene Mutationen _________________________________ 30

6.3 Vielfältige Entwicklungsprozesse ___________________________________ 32

6.4 Zusammenfassung und Fazit ______________________________________ 36

7 VERKANNTE INFORMATIONSEBENEN

_______________________________

7.1 Verborgene Preziosen im DNA-Schrott_______________________________ 39

7.2 Epigenetische Phänomene ________________________________________ 40

8 BEISPIELE FÜR DIE VORHERSAGBARKEIT

___________________________

8.1 Maximale Vorhersagbarkeit Chorea Huntington ______________________ 42

8.2 Die Enzymfamilie Cytochrom P450__________________________________ 44

8.3 Bedingte und minimale Vorhersagbarkeit _____________________________ 45

9 EXKURS: ETHISCHE HERAUSFORDERUNGEN

________________________

9.1 Neue Aufgaben der postgenomischen Phase _________________________ 47

9.2 Pflicht zum verantwortungsvollen Umgang ___________________________ 48

9.3 Probleme des Vorliegens genetischer Informationen____________________ 50

9.4 Die gesellschaftliche Verantwortung ________________________________ 52

10 SCHLUSSBEMERKUNG

____________________________________________

GLOSSAR

___________________________________________________________

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

__________________________________________

LITERATURVERZEICHNIS

____________________________________________

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS

µm

Mikrometer

µl

Mikroliter

Adenin

Abb.

Abbildung

aRNA

amplified RNA (erweiterte; verstärkte RNA)

Basenpaar

Cytosin

cDNA

abgestimmte, ergänzte RNA (complementary RNA)

cRNA

abgestimmte, ergänzte RNA

DNA

Desoxyribonukleinsäure (Desoxy-Ribo-Nucleic-Acid)

ds DNA doppelsträngige DNA

IVD

In-vitro-Diagnostik

HUGO Human Genome Projekt

Guanin

Gigabyte

mRNA Messenger RNA

Retinoblastom

RNA

Ribonukleinsäure (Ribo-Nucleic-Acid)

SNiP

Single Nucleotide Polymorphism

Thymin

u.U.

unter Umständen

z.B.

zum Beispiel

1 KURZFASSUNG

Das Lesen der menschlichen DNA wird durch automatisierte und schnellere

Verfahren wie z.B. der Microarray-Technologie immer preiswerter und attraktiver, wo-

durch in absehbarer Zeit die Einführung einer persönlichen

»Genomsequenz«

vielleicht

für jedermann erschwinglich sein könnte. Jedoch sind mit dieser Entwicklung nicht nur

enorme Chancen für die zukünftige Medizin, sondern auch natürliche Grenzen und

ethische Problemstellungen verbunden, die entsprechend reflektiert werden müssen.

Aus diesem Grunde werden in dieser Studie anhand von ausgewählten Abhandlun-

gen verschiedener Autoren, wie C

HURCH

, G

IBBS

, M

ÜLLER

und B

ARTRAM

die wissen-

schaftlichen Grundlagen und gesellschaftlichen Konsequenzen in diesem Zusammen-

hang näher betrachtet, um rational abschätzen zu können, inwieweit diese neuartige

technologische Entwicklung das Handlungsfeld der genetischen Untersuchung und

der künftigen medizinischen Praxis verändern könnte. Dabei wird neben einer anfäng-

lichen aktuellen Problemstellung der Gegenstand auch in einen sozialen Kontext einge-

gliedert. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der detaillierten Analyse des aktuellen

technologischen Sachstandes, wobei auch untersucht wird, welche praktischen An-

wendungen man sich mittel- und langfristig auf den Gebieten der Diagnose, der Thera-

pie, der prädiktiven Medizin sowie der Medikamentenentwicklung davon erhofft.

Besondere Aufmerksamkeit richtet sich auf die Fragestellung, wie aussagekräftig

Prognosen genetisch bedingter Eigenschaften überhaupt sein können sich der

»Phänotyp«

durch die Kenntnis des

»Genotyps«

vorhersagen lässt und welche ethi-

schen Problemstellungen sich daraus ergeben. Denn anhand der aktuellen Befunde

zeichnet sich mehr und mehr ab, dass

die Vorhersagbarkeit aus der DNA mindestens

zwei prinzipiellen Grenzen unterliegt: zum einen die somatischen individuell spezifi-

schen Mutationen der DNA, die sich im Verlauf der Entwicklung jedes Individuums

endogen und exogen ansammeln, und zum anderen die vielfältigen Entwicklungspro-

zesse innerhalb des komplexen genetischen Netzwerks, die so beschaffen sind, dass

sie abhängig von externen und internen Einflüssen durch Selbstorganisation immer

wieder in alternative Endzustände münden können. Zudem scheinen die wahren Ge-

heimnisse des Lebens nicht nur allein in der DNA, sondern in der komplexen multifak-

toriellen Interaktion mit der Umwelt, der wechselseitigen Beeinflussung der biologi-

schen Moleküle untereinander sowie in den

»epigenetischen Phänomenen«

außerhalb

der DNA zu liegen.

1 ABSTRACT

Due to automated and faster methods, like microarray technology, decoding

the human DNA becomes less expensive and more attractive and might make the

introduction of a personal

»genome sequence«

affordable for anybody in the near fu-

ture. However, not only enormous opportunities for future medical treatments are

connected with this development, but also natural limits and ethical questions, which

have to be considered accordingly.

Thus, on the basis of works by C

HURCH

, G

IBBS

, M

ÜLLER

and B

ARTRAM

, this studywill

closely examine the scientific background and social consequences in this context, in

order to evaluate how the new technological development may be changing the field

of genetic analysis and future medical practice. The subject will be integrated in a so-

cial context after an initial up-to-date review of the topic. Emphasis is placed on the

detailed analysis of the state of technology. At the same time, it will be examined

what kind of practical applications may soon be available in the areas of diagnosis,

therapy, predictive medicine and development of pharmaceuticals.

Particular attention is paid to the question in how far prognoses of genetically cau-

sed features can be significant. Is the

»phenotype«

predictable on the basis of the

»genotype«

and what ethical problems would be involved? Current findings suggest

that the predictability depends on at least two natural limits: on the one hand somatic

individually specific mutations of the DNA, which accumulate endogenously and exo-

genously in the course of each individual's development, and on the other hand the

varied processes of development within the complex genetic network, which are so

arranged that they can always lead to alternative final states through self-organization

depending on extern and intern influences. Furthermore, the true mysteries of life

seem to be hidden not only in the DNA but also in the complex multifactorial interac-

tion with the environment, the mutual influence of biochemical molecules as well as in

the

»epigenetic phenomena«

outside of the DNA.

2 DIE AKTUELLE PROBLEMSTELLUNG

2.1 Die Chance einer Möglichkeit

Seit der Entdeckung der Doppelhelixstruktur (DNA) durch James D. W

ATSON

und Francis H. C. C

RICK

im Jahre 1953 ist die Humangenom-Forschung nicht nur eines

der dynamischsten Wissenschaftsressorts der Gegenwart geworden, sondern sie

hat sich darüber hinaus auch zu einem gewaltigen globalen Kulturphänomen entwic-

kelt. Als am 17. Mai 2006 britische Forscher bekannt gaben, dass die Sequenz von

Chromosom 1, dem letzten noch ausstehenden Träger genetischer Informationen,

vollständig entziffert worden ist, wurde ein weiterer bedeutsamer Meilenstein auf dem

langen Weg der Erforschung des menschlichen Erbguts erreicht.

Denn mit der Ent-

schlüsselung des letzten der 23 verschiedenen menschlichen Chromosomen liegt nun

am Ende der ersten Phase des Humangenom-Projekts

eine scheinbar vollständi-

ge, idealisierte und mit mehr als 99,99 Prozent genaue Karte des sequenzierten

menschlichen

»Genoms«

vor.

Durch diese in der Geschichte der Naturwissenschaften beispiellos rasanten Fort-

schritte ist auch die moderne Biomedizin durch eine außerordentliche Entwicklung

geprägt, welche sich z.B. in einer Verkürzung der Halbwertszeit des aktuellen Wis-

sensstandes in Bezug auf die menschlichen

»Gene«

auf nur wenige Jahre verdeut-

licht. Die seitdem stetig wachsenden Erkenntnisse über die Regulation der geneti-

schen Information und die molekulare Charakterisierung von immer mehr Krankheits-

bildern sind nicht nur intellektuell faszinierend, sondern eröffnen der modernen Medizin

natürlich auch völlig neue Möglichkeiten in Bezug auf die Prävention, Diagnostik, Pro-

gnostik sowie in der Therapie von verschiedenen Erkrankungen.

Schon heute lassen

sich eine ständig steigende Anzahl von Erkrankungen frühzeitig mit Hilfe von geneti-

schen Tests erkennen. Allein mehr als 350 Krankheiten, darunter verschiedene Krebs-

Vgl. Spiegel Online 18. Mai 2006 ,,Letztes menschliches Chromosom entschlüsselt."

URL: http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,416773,00.html [Stand: 10. Dezember 2006].

Im Jahr 1990 startete das internationale Humangenom-Projekt in mehr als dreißig Ländern. In der ersten Phase stand die

Bestimmung der ca. 6 Milliarden Basenpaare der menschlichen DNA im Mittelpunkt. Erst in der zweiten Ph

ase, ab dem

Jahr 2000, widmete man sich verstärkt der Funktion der Sequenzen, wobei neben der Erforschung von Wechselwirkun-

gen zwischen Gen und Genprodukt auch die medizinische Anwendung bei Erbkrankheiten unte

rsucht wurde.

Vgl. T

AMBOURIN

, Pierre: Das grandiose Genom-Projekt. In: Spektrum der Wissenschaft 08 / 2003, S. 20 25.

2 DIE AKTUELLE PROBLEMSTELLUNG

arten und neurologische Erkrankungen, wie A

LZHEIMER

und P

ARKINSON

, stehen mit

Veränderungen dieses größten menschlichen Chromosoms, in dem sich 3 141 der

insgesamt etwa 25 000 menschlichen

»Proteingene«

befinden, direkt oder indirekt in

Verbindung.

Infolgedessen wird gegenwärtig in der modernen Medizin eine weitere Dimension

der enormen Komplexität beim Verständnis des menschlichen Genoms deutlich, denn

es zeichnet sich schon heute mehr und mehr ab, dass bestimmte Veränderungen an

einer bestimmten Stelle im Genom ganz unterschiedliche Krankheitsverläufe bedingen

können. Vielmehr wird immer offensichtlicher, dass nahezu alle menschlichen Krank-

heiten zumindest auch eine genetische Komponente enthalten höchstwahrscheinlich

sogar jedem Krankheitsprozess ein hoher Grad an genetischer Individualität zugrunde

liegt. Kurz: Jeder Patient leidet an seiner eigenen genetisch mitbedingten individuellen

Krankheit.

2.2 Die neue individuelle Medizin

Demzufolge entspricht das bisherige medizinische Denken in diagnostischen

und therapeutischen Schubladen nicht mehr dem aktuellen Kenntnisstand der moleku-

laren Medizin, denn zukünftig könnte mehr und mehr der einzelne Patient im Blick-

punkt des ärztlichen Handelns stehen und nicht mehr die empirische Masse der Pati-

enten. Ferner ist in diesem Zusammenhang bereits heutzutage in der modernen Medi-

zin eine schrittweise Individualisierung auf der Basis genetischer Informationen zu

beobachten.

Gerade auf den Gebieten der humangenetischen Diagnostik, der

»prä-

diktiven Medizin«

und der

»Pharmakogenomik«

soll ein besseres Verständnis der indi-

viduellen

»Genotyp-Phänotyp-Korrelation«

in absehbarer Zeit eine wichtige Komponen-

te klinischer Entscheidungsprozesse bilden.

Abb. 2.1: Genotyp-Phänotyp-Korrelation

Abb. 2.1: Genotyp-Phänotyp-Korrelation.

Dieses Grundschema zeigt die Genotyp-Phänotyp-

Korrelation in Abhängigkeit genetischer Entwicklungsprozesse. Während der Embryonalentwick-

lung entsteht beim Menschen aus einer einzelnen befruchteten Eizelle ein hoch komplizierter Or-

ganismus aus schätzungsweise 100 Billionen Zellen mit definierter Lokalisation und Funktion.

Vgl. Spiegel-Artikel: ,,Letztes menschliches Chromosom entschlüsselt."

Vgl. B

ARTRAM

, Claus R.: Humangenetische Diagnostik. Wissenschaftliche Grundlagen und gesellschaftliche Konsequen-

zen, Heidelberg 2000, S. 55. Diese umfassende Studie geht speziell auf die Probleme genetischer Determiniertheit, der

Frage nach einem Arztvorbehalt bei der genetischen Diagnostik sowie der Implikation der Humangenetik für Versiche-

rungsmärkte ein. Darüber hinaus enthält dieses Werk einen Empfehlungsteil, der sich mit konkreten Regulierungsvor-

schlägen an Wissenschaft, Politik und Öffentlichkeit richtet.

Vgl. L

INDPAINTNER

, Klaus: Pharmakogenomik. Paradigmenwechsel in der Therapie? URL: http://www.forschung-leben.ch

[Stand: 10. Dezember 2006]; der das Brustkrebsmittel H

ERCEPTIN

als Beispiel einer derzeitigen individuellen Anwendung

beschreibt.

GENOTYP

PHÄNOTYP

PROZESSE

2 DIE AKTUELLE PROBLEMSTELLUNG

Besonders durch den Einsatz eines so genannten Genchips, der die gesamten ge-

netischen Informationen eines Menschen ermitteln kann, erhofft man sich, die dafür

benötigten genetischen Daten für jeden einzelnen Patienten zukünftig in einem über-

schaubaren Kosten- und Zeitrahmen ermitteln und nutzen zu können. Des Weiteren

geht man davon aus, dass die auf diese Art und Weise erhobenen genetischen Er-

kenntnisse besonders eng am Individuum verankert sind und zudem eine hohe prädik-

tive Potenz über weite Lebenszeiträume hinweg besitzen.

Bis jetzt ist es zwar noch in weiten Teilen Zukunftsmusik, aber man erhofft sich,

dass in einigen Jahren jeder Mensch eine Chipkarte mit den wichtigsten allelischen

Charakteristika seines Genoms digitalisiert bei sich trägt, die Aufschluss darüber ge-

ben, zu welchen Erkrankungen er aufgrund seiner genetischen Disposition neigt. Diese

Methode soll dann Ärzten helfen, die Krankheitsvorbeugung zu verbessern und Thera-

pien an das genetische Profil des Patienten anzupassen.

Darüber hinaus soll das per-

sönliche Genom auch Auskünfte über genetisch bedingte Eigenschaften von Familien-

angehörigen des getesteten Individuums geben können, was im Hinblick auf schwere

Erbkrankheiten durchaus von medizinischem Interesse sein könnte.

2.3 Bioethisch-gesellschaftliche Aspekte

Zwar bieten die neuen Erkenntnisse durch die Humangenom-Forschung durch-

aus faszinierende zukünftige Möglichkeiten für die Prävention, Diagnose sowie für die

Therapie von verschiedenen Krankheiten. Jedoch sind mit dieser Forschung neben

zahlreichen Chancen bezüglich der weiteren Entwicklung dieses Forschungsfeldes

auch einige Risiken insbesondere mit der Anwendung der gewonnenen Ergebnisse in

der medizinischen Praxis verbunden. Das enorme Entwicklungspotential einer zu-

künftigen Medizin, welche sich die genetischen Komponenten bei der Entstehung von

Krankheiten für diese Anwendungen nutzbar macht, ist bisher kaum ausgelotet und

im vollen Umfang auf absehbare Zeit auch noch nicht fassbar. Des Weiteren steht die

gesellschaftliche Diskussion über Chancen und Risiken eines solchen individuellen Ge-

noms im Gesundheitsbereich sowie der gesellschaftliche Umgang damit im Sinne ei-

ner Technologiefolgenbeurteilung erst am Anfang.

Zwar werden schon seit den neunziger Jahren weltweit öffentlich kontroverse Dis-

kussionen über die umwälzenden Entwicklungen der Biotechnologie sowie über die

entsprechenden Perspektiven für die medizinische Zukunft der Menschen geführt,

Vgl. C

HURCH

, George M.: Das Projekt Persönliches Genom, In: Spektrum der Wissenschaft 06 / 2006, S. 30 40; der einen

umfassenden und sehr detaillierten Überblick über ältere sowie neuere und zukünftige Verfahren der DNA-

Sequenzierung wie das moderne Sanger-Verfahren oder das zellfreie Polonien-Verfahren gibt. Dabei unterscheidet er

zwischen schnelleren, genaueren oder sparsameren Methoden.

Vgl. T

AMBOURIN

, Pierre: Das grandiose Genom-Projekt. In: Spektrum der Wissenschaft 08 / 2003, S. 20 25.

Vgl. B

ARTRAM

, Claus R.: Humangenetische Diagnostik, S. 1 ff..

2 DIE AKTUELLE PROBLEMSTELLUNG

allerdings werden dabei in den Medien die Biowissenschaften durch oftmals polemi-

sche Schlagzeilen wie ,,Die Zukunft liegt im Labor!" ,,Biotechnologie ist Deutsch-

lands Zukunft!", mittlerweile schon regelrecht zu neuen Leitwissenschaften empor-

gehoben. Gerade durch den Start des internationalen Humangenom-Projekts im Jahr

1990 und der nahezu vollständigen Entschlüsselung des menschlichen Genoms, jener

chemisch molekularen Struktur, welche die gesamte Information für die Baustoffe

und den Bauplan eines Menschen in sich trägt, sowie der Entwicklung des ersten

Genchips im Jahre 2003, wurde in der Forschung, Politik sowie in der Wirtschaft das

Interesse an schnellen Umsetzungs- und Anwendungsmöglichkeiten dieser neuen

Biotechnologien vehement beflügelt.

Besonders im Zusammenhang mit den Themengebieten der Medikamentenent-

wicklung und der prädiktiven Medizin ist in weiten Bereichen die Auffassung vertreten,

in der neuen Biochip-Technologie eine Möglichkeit gefunden zu haben, Krankheiten wie

z.B. A

LZHEIMER

, P

ARKINSON

oder Krebs überwinden zu können. Dabei steigern sich die

Visionen von der individualisierten Medizin in manchen Köpfen bis zu paradiesisch un-

realistischen Vorstellungen, wobei biologische und systemabhängige Barrieren sowie

Grenzen der Verantwortungsfähigkeit und Technikabschätzung oft nicht wahrge-

nommen werden. Ferner werden auch durch unzureichende journalistische Berichter-

stattungen oder populistische Forschungsberichte, die den Eindruck vermitteln, dass

der Mensch bereits die Fähigkeit entwickelt habe, seine genetischen Prädispositionen

vollständig zu erkennen, zu verstehen und ihnen gezielt entgegenwirken zu können, in

den Medien immer wieder unangemessene Hoffnungen bezüglich des zu erwartenden

Fortschritts und dessen Anwendungsmöglichkeiten geweckt.

Durch solche Gedankenexperimente gelingt es unter anderem der Forschung bei

der Bemühung um Drittmittel, das Interesse sowie die Akzeptanz für neuen Techniken

zu erhöhen sowie einen potentiellen Markt künstlich zu schaffen, noch bevor das ent-

sprechende Produkt angeboten werden kann. Dabei gilt: Wo ökonomische Interessen

bestehen, da gibt es motivierte Anbieter und auch motivierte Kunden. Dort, wo noch

keine Motive bestehen, könnten sie schon bald geweckt werden.

Auf der anderen

Seite sind die öffentlichen Debatten um die Chancen und Risiken der Genforschung

oftmals auch von der Metapher des Gläsernen Menschen geprägt. Dahinter stehen

Befürchtungen, dass das eigene Schicksal durch die Gene vorausbestimmt sei oder

sich Dritte wie z.B. Arbeitgeber, Versicherungsunternehmen oder staatliche Institu-

tionen Zugang zu diesen Daten verschaffen könnten und damit eine selbst gewählte

Vgl. Spiegel Online 18. Mai 2006 ,,Letztes menschliches Chromosom entschlüsselt." sowie P

OLLACK

, Andrew: Human

Genome Placed on Chip; Biotech Rivals Put It Up for Sale In: The New York Times, Health, October 2, 2003.

Vgl. B

AUER

, Axel W.: Auf der schiefen Ebene zum Designer-Baby. Warum die Bioethik immer zu spät kommt. In:

Frankfurter Allgemeine Zeitung Nr. 244 vom 20. Oktober 1999, S. 54.

2 DIE AKTUELLE PROBLEMSTELLUNG

Lebensgestaltung der betroffenen Individuen erheblich erschwert oder sogar verhin-

dert werden könnte.

Wie diese ersten Beispiele zeigen, werden nicht selten die öffentlichen Diskussio-

nen von durchaus verständlichen aber oftmals unbegründeten Ängsten und kurzlebi-

gen, politisch taktischen Äußerungen überlagert.

Aus diesem Grund widmet sich die

vorliegende Examensarbeit den wissenschaftlichen Grundlagen sowie den gesell-

schaftlichen Konsequenzen bei der Einführung einer persönlichen Genomsequenzie-

rung, um mit wissenschaftlichem Sachverstand die nötige Diskussion über die Pro-

bleme des individuellen Genoms sowie dessen Umsetzung im Gesundheitswesen zu

führen, noch bevor diese neue Biotechnologie marktreif zur Verfügung steht.

Dabei soll der Fragestellung nachgegangen werden, welche Vorhersagen sich

schon heute und welche sich unter Umständen in absehbarer Zukunft vom persönli-

chen Genom ableiten lassen. Es soll geprüft werden, unter welchen bestimmten Be-

dingungen eventuelle Prognosen getroffen werden können, oder ob die genetische

Vorhersagbarkeit des Phänotyps prinzipiell verloren geht. Des Weiteren wird versucht,

Aussagen darüber zu treffen, welche Handlungsoptionen sich für den Menschen auf-

grund von Informationen des individuellen Genoms ergeben und wie sie eventuell me-

dizinisch genutzt werden können, um eine vergleichsweise seriöse Prognose über den

zukünftigen Einsatz einer persönlichen Genomsequenz stellen zu können.

Eine solche Diskussion über die Chancen und Risiken sowie über die gesellschaftli-

chen Konsequenzen sollte am Anfang und nicht am Ende einer langen Reihe weiterer

Forschungsprojekte stehen, damit gesellschaftliche Steuerungsmaßnahmen diese

Entwicklung möglichst ohne gravierende politische, rechtliche und ökonomische Fol-

gen beeinflussen und gestalten können.

Durch eine falsche oder einseitig geführte

öffentliche Diskussion können die enormen Möglichkeiten, welche die aktuelle Ent-

wicklung der modernen Biomedizin für die Menschheit darstellt, leicht zunichte ge-

macht werden. Denn eins steht bereits unumstößlich fest: Mit der Einführung moleku-

larbiologischer Methoden in der modernen Medizin wurde definitiv eine neue Ära einge-

leitet, die gerade erst begonnen hat.

Vgl. G

ÖRLITZER

, Klaus-Peter: Maßgeschneiderte Medikamente. In der Zeitschrift: B

IOSKOP

Nr. 17 vom März 2002, URL:

http://www.goerlitzer.homepage.t-online.de/artikel.htm [Stand: 10. Dezember 2006], der den Schwerpunkt seines Arti-

kels fast einseitig auf die Risiken und Nebenwirkungen von Gentests und der Offenbahrung deren Ergebnisse legt.

Vgl. S

PECK

, Otto: Soll der Mensch biotechnisch machbar werden? Eugenik, Behinderung und Pädagogik, München 2005;

der einige dieser Ängste aufgreift und sie etwas zu emotional bearbeitet.

Vgl. S

PECK

, Otto: Soll der Mensch biotechnisch machbar werden?, S. 9.

3 DAS 1000-DOLLAR-GENOM

3.1 Die Industrialisierung der Biotechnologie

In der Tat kann man davon ausgehen, dass sich in der Biotechnologie in Bezug

auf die

»Humangenetik«

eine neue technologische Revolution anbahnt, deren gesell-

schaftlichen Auswirkungen heute noch kaum fassbar sind. Denn nicht nur aufgrund

der

»Nanotechnologie«

, sondern auch im Hinblick auf die

»Bioinformatik«

kamen im

Verlauf des letzten Jahrzehnts so viele technische und methodische Neuerungen zu

Stande, dass man bereits heute die DNA eines Menschen für ca. zwanzig Millionen

Dollar sauber genug entziffern kann, um aus den gewonnenen Daten auch einen ge-

wissen medizinischen Nutzen ziehen zu können.

Mit der Industrialisierung der For-

schung dem Übergang zur hochtechnisierten Biologie im großen Maßstab wurde

innerhalb von zwanzig Jahren der Grundstein für eine weitere, dritte technische Revo-

lution gelegt.

Die einst aberwitzig erschienene Vision, das individuelle Erbgut eines

jeden Menschen schnell und zudem auch noch preiswert zu erfassen, halten heute

viele Experten nicht mehr für eine Utopie. Spätestens in zehn Jahren dürfte es für den

Genetiker C

HURCH

wohl soweit sein, dass nahezu jede Person in unserer Gesellschaft

zumindest theoretisch die Möglichkeit hätte, die Sequenz seiner persönlichen DNA

preiswert erstellen zu lassen.

Zwar ist der dafür benötigte Aufwand bisher immer noch so hoch, dass fast nur

ausgewiesene Sequenzierungszentren die durch große Forschungsprojekte finanziell

gut ausgestattet sind dieses leisten können, aber gerade durch neue automatisierte

und schnellere Verfahren, bei denen die Prozesse millionenfach parallel ablaufen und

somit viele kostspielige Einzelschritte sowie eine Menge Material eingespart werden

können, wird das Lesen von DNA zunehmend ökonomischer.

Unter dem Schlagwort

"1000 Dollar-Genom" wurde die Ankündigung populär, eine Gesamtsequenzierung der

DNA von Einzelpersonen so erschwinglich zu machen, dass es vielen Privatpersonen

oder auch Dritten durchaus attraktiv erscheinen könnte, eine solche persönliche Se-

quenzierung des kompletten Genoms vornehmen zu lassen.

Vgl. C

HURCH

, George M.: Das Projekt Persönliches Genom, S. 30 40.

Vgl. T

AMBOURIN

, Pierre: Das grandiose Genom-Projekt. In: Spektrum der Wissenschaft 8 / 2003, S. 20 25.

Vgl. C

HURCH

, George M.: Das Projekt Persönliches Genom, S. 30 40.

Ebd.

3 DAS 1000-DOLLAR-GENOM

Eine denkbare Anwendungsmöglichkeit wäre, dass man die entsprechenden aus-

gelesenen Daten auf einem elektronischen Speichermedium mit zum Arzt nehmen

könnte, wo dann eine genomische Software medizinische Standardabfragen z.B. nach

HOLESTERIN

oder D

IABETES

erledigen würde.

Die Visionen reichen aber noch weiter.

So ist es auf der Suche nach Mikroben und potentiellen Allergieauslösern ein weiteres

Ziel, das vollständige Genmaterial, ob positiv oder negativ, der gesamten äußeren und

inneren Umwelt des Menschen zu erfassen. Doch nicht nur Visionen, sondern auch

bestimmte Marktkräfte treiben die Entwicklung und Verbreitung dieser neuen Techno-

logie maßgeblich voran. Zudem lässt sich wenn auch nur in ersten Ansätzen mehr

und mehr vorhersagen, welche Märkte, Visionen, Entdeckungen und Erfindungen die-

se Umwälzungen wohl weiter forcieren werden und welche Mindestanforderungen an

Infrastruktur und Ressourcen dafür erfüllt sein müssen.

Deshalb wird es Zeit, sich nun auch über soziale und ethische Folgen dieser Ent-

wicklung Gedanken zu machen, denn auch Versicherungen oder die Werbebranche

dürften diese Daten durchaus interessant finden. Um jedoch in diesem Sinne die

enormen Möglichkeiten dieser neuen Biotechnologie für die Gesellschaft nutzen zu

können, muss die individuelle Genomsequenzierung mindestens zwei wesentliche

Voraussetzungen erfüllen: Sie sollte zum einen so preiswert und zweitens so einfach

zu handhaben sein, wie beispielsweise die heutigen Computer und ihre Programme.

3.2 Digital gegen Analog

Um dieses Ziel erreichen zu können, stellt sich die Wissenschaft der Heraus-

forderung bis zum Jahr 2009 ein Menschengenom für 100 000 Dollar und bis 2014 für

1 000 Dollar sequenzieren zu können. Nach C

HURCH

scheint sogar das Potential gege-

ben, dass der Durchbruch zu einer kompletten Sequenzierung der sechs Milliarden

Basenpaare eines individuellen menschlichen Genoms für 20 000 Dollar um das Jahr

2010 gelingen könnte, denn im Zuge der Sequenzierungsmethoden der nächsten Ge-

neration, welche automatisiert ablaufen, ist auch mit einer weiteren Preisabsenkung

zu rechnen. Somit fällt nicht nur die menschliche Arbeitszeit immer weniger ins Ge-

wicht, sondern auch der Verbrauch der Reagenzien, die den größten Kostenfaktor

darstellen, sinkt gleichzeitig bis in den Femtoliterbereich. Zudem werden die benötigten

Apparaturen mit zunehmender Anwendung und besserer Kapazitätsauslastung für die

Sequenzierungszentren immer günstiger.

Eine denkbare Schlüsselrolle auf dem Weg zu einer solchen kostengünstigen per-

sönlichen Genomsequenz könnte das durchaus viel versprechende Prinzip der «Nano-

Vgl. C

HURCH

, George M.: Das Projekt Persönliches Genom, S. 30 40.

Ebd.

3 DAS 1000-DOLLAR-GENOM

poren-Sequenzierung» übernehmen. Bei diesem völlig neuen Prinzip werden die Unter-

schiede in den physikalischen Eigenschaften der vier Nukleinsäuren im DNA-Strang

ausgenutzt, indem man die DNA-Einzelstränge durch eine feine Nanoöffnung einer

künstlichen Membran schickt, an der eine elektrische Spannung anliegt.

(siehe Grafik)

Das Besondere an dieser Methode ist, dass die Genomsequenzierung elektronisch

anstatt wie bisher üblich chemisch erfolgt. Dabei wandert der einfache DNA-Strang

durch eine synthetische Membran, wobei er eine feine Pore durchqueren muss, in der

zudem ein elektrisches Feld anliegt. Somit blockiert jedes Nukleotid kurz die Porenöff-

nung, wodurch sich vorübergehend die elektrische Leitfähigkeit der Membranöffnung

ändert, da die molekulare Größe und somit die Passierdauer bei jeder der vier Basen

etwas variiert. Die dadurch verursachten elektrischen Schwankungen können infolge-

dessen ganz einfach von einem Computer gemessen und aufgezeichnet werden.

Abb. 3.2: Die «Nanoporen-Sequenzierung»

erfasst etwa 400 Basenpaare (bp) pro Sekunde, mit

weniger als einen Fehler pro drei Millionen Paare bei siebenfacher Abdeckung, während ein anderes

ähnliches System 1 700 Basenpaare pro Sekunde sequenzieren kann, jedoch bei einer 43-fachen Ab-

deckung einen Fehler pro 2 500 Basenpaaren aufweist.

Demzufolge würde es mit diesem Verfahren bei weiterer Optimierung nur noch

Stunden dauern, bis das komplette Genom eines Menschen erfasst wäre. Somit stellt

dieses Verfahren nicht nur eine schnelle, sondern zudem auch eine kostengünstige

Methode dar, denn mit diesem System kostet die Erfassung von 1 400 Paaren bereits

heute nur einen Dollar.

Jedoch steckt diese neue Methode noch in den Kinderschu-

hen und es kann noch eine ganze Weile dauern, bis dieses Prinzip marktreif ist. Des-

halb liegt der technologische Schwerpunkt dieser Examensarbeit auf der «Sequenzie-

rung durch Hybridisierung», denn dieses Verfahren wird gegenwärtig am häufigsten

angewandt, wenn es darum geht, bei einer schon bekannten Gensequenz nach indivi-

duellen Variationen zu suchen.

Vgl. C

HURCH

, George M.: Das Projekt Persönliches Genom, S. 30 40.

Ebd.

Nanopore

Membran

DNA-

Einzel-

strang

Details

Seiten
Erscheinungsform: Originalausgabe
Jahr: 2007
ISBN (eBook): 9783836631020
DOI: 10.3239/9783836631020
Dateigröße: 2.3 MB
Sprache: Deutsch
Institution / Hochschule: Technische Universität Dresden – Philosophische Fakultät
Erscheinungsdatum: 2009 (Juni)
Note: 1,0
Schlagworte: technikfolgenabschätzung genchip genomanalyse humangenetik technikphilosophie

Autor

André Schmidt (Autor:in)

Problemstellungen bei der Einführung einer persönlichen Genomsequenzierung

Zusammenfassung

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Details

Autor

André Schmidt (Autor:in)