610 Medizin und Gesundheit
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Bei Einzelzellanalysen handelt es sich um eine Vielzahl von Analysemethoden,
denen gemeinsam ist, dass sie nicht wie bisher nur an Zellverbänden, Gruppen von
Zellen, Geweben und Organen, sondern auch an einzelnen Zellen durchgeführt
werden. Das Feld birgt großes Potenzial nicht nur für die Grundlagenforschung, sondern
auch für medizinische und biotechnologische Anwendungen, da neue Ebenen
kontext- und personenbezogener Interpretation biologischer Zusammenhänge
erschlossen werden. Das Ethik-Kapitel greift ethische Aspekte auf, die in diesem Kontext relevant sind und diskutiert werden.
Können wir mit Blick auf die molekularbiologischen, virologischen oder gentechnischen Aspekte das aktuelle Seuchengeschehen angemessen erfassen?
Die Medizinhistoriker Heiner Fangerau und Alfons Labisch skizzieren in ihrem Spotlight einen multiperspektivischen und zugleich integrativen Ansatz für eine Seuchengeschichte mit dem Ziel, „den gesamten Ereignisraum von den Ursachen, unter denen neue Erreger entstehen, über die weltweite Ausbreitung bis hin zu den Auswirkungen vor Ort zu erfassen“ (S. 437). Als Hintergrund ihrer Gedanken weisen sie das dynamische Verhältnis von Natur und Kultur und die daraus resultierenden, stets labilen lokalen und regionalen Biosphären aus. Sozial und kulturell bedingte wissenschaftliche und gesellschaftliche Aushandlungsprozesse führten zur Benamung, Kommunikation und Inszenierung von – zunächst unbekannten – Krankheitsursachen und den nachfolgenden wiederum kulturell bedingten Gegenmaßnahmen. Auf der Grundlage einer datengetriebenen Produktion und Kommunikation führten Effekte einer weltweiten Verdichtung zu einer Neugestaltung und Störung von Biosphären – und damit zu den permanent drohenden „new emerging diseases“. Diese verschiedenen Aspekte könnten – notwendig immer im Gesamtzusammenhang gesehen – in weiteren Schritten auf einzelne Regionen, Krankheiten oder weitere Fragestellungen hin fokussiert werden. Die empirischen Ergebnisse stellten jeweils Knoten in einem nicht gewichteten Netz interagierender Faktoren dar: sie bildeten ein übergangs- oder nahtloses Netzwerk. Dies ermöglichte, jeweils lokal spezifizierte Seuchengeschehen in ihrem globalen Entstehen und Zusammenwirken zu analysieren.
Synthetische Biologie ist ein Sammelbegriff für die gezielte Umgestaltung bzw. Herstellung biologischer Systeme mittels ingenieurwissenschaftlicher Methoden. Tobias J. Erb unterscheidet in seinem Sachstandsbericht zunächst zwischen Top-down- und Bottom-up-Ansätzen: Top-down-Ansätze verändern natürlich vorkommende biologische Systeme so, dass sie neue Eigenschaften aufweisen oder neue Funktionen wie die Herstellung bestimmter Stoffe erfüllen. Sie spielen eine zunehmend wichtige Rolle in der biotechnologischen Industrie und Forschung. Bottom-up-Ansätze hingegen dienen dem Ziel, aus einzelnen Bausteinen künstliche Zellen oder neuartige Systeme mit lebensähnlichen Eigenschaften herzustellen. Sie stehen noch am Anfang, bei Machbarkeitskonzepten, könnten aber in Zukunft neuartige Informationsspeicherungs- bzw. -verarbeitungssysteme oder die Herstellung neuer selbstregenerierender Materialien ermöglichen.
Tobias J. Erb stellt die synthetische Biologie auch mit Blick auf ihre Bedeutung für die Bioökonomie, charakterisiert als biobasierte nachhaltige Wirtschaftsform, dar. Mittels neuartiger Stoffwechselwege und Protein-Engineering sowie computergestützter Designverfahren ließen sich künftig maßgeschneiderte Biosynthesen entwickeln, neue Produkte erschließen und nachhaltige Ausgangsmaterialien verwenden, bspw. durch die Erschließung von CO2 als Rohstoffquelle. Die Bedeutung der synthetischen Biologie für die industrielle Biotechnologie weist der Autor als begünstigt durch technische Weiterentwicklungen wie neue Werkzeuge der Genomeditierung, Automatisierungs- und Hochdurchsatz-Screening-Technologien und sinkende DNA-Synthesepreise aus. Er konstatiert einen Trend zur Konzentration auf eine geringe Anzahl standardisierter Wirtsorganismen mit neuen biosynthetischen Eigenschaften. Mittlerweile ließen sich aus Mikroorganismen komplexe pharmazeutische Verbindungen gewinnen, was eine Vereinfachung gegenüber der Gewinnung aus Medizinpflanzen darstelle und weitere gezielte Veränderungen der chemischen Struktur der Produkte und damit eine effizientere Entwicklung und Veränderung biologisch aktiver Stoffe für Medizin und Biotechnologie ermögliche. Des Weiteren werden sog. „biofoundries“ zur automatisierten Synthese und Charakterisierung biologischer Systeme und ihr Potenzial für das Verständnis genetischer Diversität und Komplexität und dessen biotechnologische Nutzung vorgestellt. Der anstehende Übergang in eine digitalisierte biotechnologische Forschungs- und Produktionslandschaft bedürfe gezielter Förderung, gesetzgeberischer Initiativen zur Standardisierung und Genehmigung von sicheren, umweltverträglichen und gut handhabbaren Plattformorganismen und einer Normierung genetischer Bauteile sowie eines wissensbasierten Dialogs über Möglichkeiten und Risiken der synthetischen Biologie mit Gesellschaft und Politik.
Organoide sind Mini-Werkzeuge für die biomedizinische Forschung. Sie werden außerhalb des Körpers aus Stammzellen gezüchtet und bilden gezielt bestimmte Organe nach. So gibt es etwas Hirnorganoide, Lungenorganoide oder Darmorganoide, die die entsprechenden Organe in der Zellzusammensetzung und grundlegenden Funktionen nachahmen. Sie können als Krankheitsmodelle oder als Testsysteme für neue Medikamente dienen. Das White Paper führt in die Welt der Organoide ein und beinhaltet auch Kernaussagen und Handlungsempfehlungen zum Thema, welche die interdisziplinäre Arbeitsgruppe Gentechnologiebericht der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften erarbeitet hat.
Die Gentechnologien bergen auch 20 Jahre nach der Gründung der IAG Gentechnologiebericht eine gesellschaftliche Sprengkraft, bedingt durch eine hohe wissenschaftliche Dynamik, die immer stärker von der Grundlagenforschung in die Anwendung dringt. Neue Methoden, z. B. des Genome-Editing, beschleunigen zudem die Entwicklung und beeinflussen dabei alle gentechnischen Forschungs- und Anwendungsbereiche. Die IAG hat die unterschiedlichen Gentechnologien mit ihren jeweiligen Anwendungsbereichen getrennt in den Blick genommen. Beobachtet wurden insbesondere die Stammzell- und Organoidforschung, die Epigenetik, die Gendiagnostik, die Einzelzellanalytik, die somatische Gentherapie, die Grüne Gentechnologie und die synthetische Biologie. Nach 20 Jahren Laufzeit der IAG werden im Folgenden die aktuell als zentral angesehenen Entwicklungen und darauf bezogene Handlungsempfehlungen für die genannten Themenbereiche zusammengefasst.
Das Kapitel fasst zunächst den aktuellen Sachstand zusammen und bietet einen Ausblick auf die zukünftige Bedeutung von Organoiden für Forschung und Gesundheitsversorgung, wobei auch die Rechtslage und ethische Diskussionen berücksichtigt werden. Daran anschließend werden Handlungsempfehlungen für die Politik abgeleitet.
Bei Einzelzellanalysen handelt es sich um eine Vielzahl von Analysemethoden,
denen gemeinsam ist, dass sie nicht wie bisher nur an Zellverbänden, Gruppen von
Zellen, Geweben und Organen, sondern auch an einzelnen Zellen durchgeführt
werden. Dabei werden sehr große Mengen an Daten generiert, die ausgewertet werden müssen. Hierfür werden auch MEthoden des maschinellen Lernens genutzt. Der Beitrag klärt über teschnische Grundlagen und Herausforderungen auf diesem Gebiet auf.
Das Kapitel von Karla Alex und Eva C. Winkler gibt einen Einblick in die vielfältigen ethischen Debatten zu Genetik und Epigenetik. Ein wichtiges Anliegen ist dabei, auf die Notwendigkeit einer kritischen Reflexion expliziter, viel öfter aber impliziter, -ismen innerhalb des Diskurses sowohl zur Epigenetik als auch zur Genetik und Genomeditierung aufmerksam zu machen. Untersucht werden zunächst die folgenden Konzepte („-ismen“), die in unterschiedlichen Diskursbereichen – Wissenschaft, Populärwissenschaft, Gesellschaft, Ethik – unterschiedlich stark ausgeprägt sind: genetischer Essentialismus und starker genetischer Determinismus, verdeckter Gendeterminismus und epigenetischer Determinismus sowie genetischer Exzeptionalismus und epigenetischer Exzeptionalismus.
Beim genetischen Essentialismus wird angenommen, dass der Genotyp den Phänotyp und das gesamte Wesen eines Menschen, seine Essenz, vollständig determiniere. Als starker genetischer Determinismus gilt die Annahme, dass ein Gen fast immer zur Ausprägung eines bestimmten Merkmals führe. Beide Positionen werden innerhalb der Wissenschaftsphilosophie und -ethik zurückgewiesen. Auch moderatere oder schwächere Formen des genetischen Determinismus, die lediglich davon ausgehen, dass ein Gen manchmal zur Ausprägung bestimmter Merkmale führe, können den Autorinnen zufolge, obgleich naturwissenschaftlich korrekt, aus ethischer Sicht problematisch werden, wenn sie um weitere Annahmen ergänzt werden. Als epigenetischen Determinismus bezeichnen sie die Annahme, dass durch Einwirkungen auf die Umweltbedingungen Personen selbst beeinflussen könnten, wann ein Gen zur Ausprägung jener bestimmten Merkmale führe, und diese epigenetische Prägung der Gene dann ggf. auch an zukünftige Generationen weitergegeben werden könne. Daraus werde häufig eine Verantwortung zur bewussten Einflussnahme auf das eigene Epigenom und das Epigenom zukünftiger Generationen abgeleitet. Diskutiert wird zudem die Idee, dass genetische und unter Umständen auch epigenetische Daten von Personen oder Bevölkerungsgruppen einen besonderen rechtlichen Schutz genießen sollten, welche auch als genetischer oder epigenetischer Exzeptionalismus bezeichnet werde.
Im Anschluss widmen sich die Autorinnen der ethischen Analyse von Genomeditierung und Epigenetik. Dabei wird der ethische Diskurs zu Epigenetik und Genomeditierung nachgezeichnet und es werden Überschneidungen und Differenzen anhand zentraler Aspekte aufgezeigt. In den Fokus genommen werden dabei v. a. Konzepte von Vererbung und Verantwortung, Gerechtigkeit und Sicherheit, die Problematik der Zustimmung/Einwilligung (consent) und Auswirkungen auf Embryonen und zukünftige Generationen. Diese Schwerpunktsetzung hänge auch damit zusammen, dass momentan das Thema Keimbahneingriffe (also vererbbare Eingriffe) durch Genomeditierung an menschlichen Embryonen besonders intensiv diskutiert werde.
Diese Kurzfassung fasst die Beiträge aus dem Themenband "Epigenetik. Implikationen für die Lebens- und Geisteswissenschaften" der Interdisziplinären Arbeitsgruppe Gentechnologiebericht (hgg. von Jörn Walter und Anja Hümpel) zusammen. Außerdem werden Kernaussagen und Handlungsempfehlungen der IAG Gentechnologiebericht zum Thema Epigenetik vorgestellt.
Patienten und Patientinnen setzen große Hoffnungen in Stammzellen zur Behandlung von schwersten und bisher nicht oder nur ungenügend therapierbaren Erkrankungen. Was aber sind Stammzellen? Wo steht die Stammzellforschung international und mit Blick auf Deutschland heute? Was ist in Deutschland im internationalen Vergleich erlaubt? Der Sammelband der Interdisziplinären Arbeitsgruppe Gentechnologiebericht der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften stellt den aktuellen Sachstand vor und diskutiert auch ethische, rechtliche und ökonomische Aspekte der Stammzellforschung sowie die medizinische Umsetzung der Ergebnisse. Die bewährte sozialwissenschaftlich motivierte Indikatorenanalyse der interdisziplinären Arbeitsgruppe rundet den Band ab.
Mit dem vierten Gentechnologiebericht zieht die gleichnamige interdisziplinäre Arbeitsgruppe der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften (BBAW) nach knapp 20 Jahren Laufzeit Bilanz.
Namhafte Experten und Expertinnen sowie Wegbegleiter und -begleiterinnen der IAG Gentechnologiebericht eröffnen in Beiträgen und „Spotlights“ unterschiedliche bilanzierende Perspektiven auf die Entwicklung der Gentechnologien und die Arbeit der IAG. Nach einem Rückblick wird auf aktuelle ethische und gesellschaftliche Debatten und zukünftige Herausforderungen eingegangen. Darüber hinaus werden im Band themenübergreifende Indikatoren vorgestellt, die alle sechs von der IAG behandelten Kernthemen (Epigenetik, genetische Diagnostik, Gentherapie, Stammzellforschung, grüne Gentechnologie und synthetische Biologie) miteinander vergleichen.
Von den Mitgliedern gemeinschaftlich verabschiedete Handlungsempfehlungen für alle sechs Themenbereiche sind dem Bericht vorangestellt und runden die Bilanzierung ab.
Single-cell analyses comprise a multitude of analytical methods that share a common feature, namely the focus on individual cells. This is in contrast to previous methods that provided summarized data for cell clusters, groups of cells, tissues and organs. The new field offers huge potential not only for basic research, but also for medical and biotechnological applications, as it opens up new levels in the context-related and personal interpretation of biological interconnections. This brochure on single-cell analysis provides an overview on the new possibilities from the viewpoint of developmental biology, biomedicine and bioinformatics, but also addresses possible social im-plications and consequences.
Die neuen Möglichkeiten, Programme aller einzelnen Zellen eines gesamten Organismus zu erfassen, revolutionieren derzeit die biologische Grundlagenforschung und eröffnen weitreichende Perspektiven für eine moderne personenorientierte und digitalisierte Medizin. In der Stellungnahme der IAG erörtern namhafte Experten und Expertinnen die technischen und biologischen Grundlagen von Einzelzellanalysen und deren konkreten Einsatz für die klinische Anwendung, z. B. für die Krebs-Präzisionsmedizin. Die Mitglieder der IAG sehen in der Einzelzellanalytik eine zukunftsweisende Schlüsseltechnologie für die Biologie und Medizin mit großen wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Implikationen. In den gemeinsam erarbeiteten Handlungsempfehlungen für den Umgang mit Einzelzelltechnologien und daraus hervorgehenden Einzelzelldaten betonen sie die Bedeutung des Forschungsgebietes und die Notwendigkeit der Entwicklung von wissenschaftlichen Standards für die kommende breite klinische Anwendung.
Im „Fünften Gentechnologiebericht“ bieten namhafte Expertinnen und Experten einen Überblick über aktuelle Entwicklungen des dynamischen Forschungsfeldes der Gen- und Biotechnologien und ihrer Anwendungen. In den Bick genommen werden u. a. genetische Diagnostik, somatische Gentherapie, Impfstoffentwicklung, Stammzell- und Organoidforschung, Grüne Gentechnik, Synthetische Biologie, Gene Drives, Genome-Editing, Epigenetik und Einzelzellanalyse. Neben Sachstandsberichten werden auch die gesellschaftliche Wahrnehmung der Gentechnologien sowie ethische und rechtliche Fragen erörtert, u. a. zu Genome-Editing, Hirnorganoiden und Big Data in der personalisierten Medizin. Die interdisziplinäre Arbeitsgruppe Gentechnologiebericht gibt außerdem Handlungsempfehlungen zu zentralen Themen.