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Wissenschaftliche und technologische Entwicklungen, hitzig geführte öffentliche Debatten um Chancen und Risiken oder die wechselnde Brisanz einzelner Themen prägen nach wie vor die kontroversen Auseinandersetzungen um die verschiedenen Anwendungen der Gentechnologie in Deutschland. Mit dem zweiten Gentechnologiebericht legt die gleichnamige interdisziplinäre Arbeitsgruppe der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften, vier Jahre nach dem Erscheinen ihres ersten Berichts, wieder ihr umfassendes Monitoring zu den aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der Gentechnologie vor. In bewährt interdisziplinärer Weise wird der aktuelle Stand von Wissenschaft und Technik in den verschiedenen Gebieten der Gentechnologie analysiert. Das Indikatoren-gestützte Vorgehen, das hierfür in den letzten Jahren etablierte wurde, erfährt dabei eine konsequente Fortführung. In Überblicksartikeln werden vier Themenbereiche betrachtet: die Forschung an pluripotenten humanen Stammzellen, die molekulargenetische Diagnostik in der Humanmedizin, die somatische Gentherapie sowie der Gentechnologieeinsatz in Pflanzenzüchtung und Agrarwirtschaft. Zwei Querschnittsthemen, eine allgemeine Darstellung aktueller wissenschaftlicher und technischer Entwicklungen in der Grundlagenforschung sowie die Vorstellung eines übergreifenden ethischen Kategoriensystems für gentechnologische Anwendungen, runden den Bericht ab.
Zusammenfassung
(2020)
Zusammenfassung
(2018)
Zusammenfassung
(2021)
Zusammenfassung
(2018)
Zusammenfassung
(2017)
Vorwort
(2018)
Vorwort
(2018)
Vorwort
(2017)
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.
Mit ihrem neuen Themenband – der hier zusammengefasst vorgestellt werden soll – wendet sich die interdisziplinäre Arbeitsgruppe „Gentechnologiebericht“ der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften erstmalig der in der Öffentlichkeit noch weitgehend unbekannten Synthetischen Biologie zu. Von besonderer Faszination ist dabei die noch im Fluss befindliche Auseinandersetzung, was denn nun eigentlich die Synthetische Biologie ist und welche Forschungsansätze ihr konkret zuzuordnen sind. Entsteht hier wirklich eine neue Ingenieurbiologie? Nach einer inhaltlichen (Kapitel 1) und methodischen (Kapitel 2) Einführung beginnt die thematische Auseinandersetzung mit einer wissenschaftshistorischen Perspektive auf synthetisch-technische Traditionen in der Biologie (Kapitel 3). Anschließend wird der aktuelle naturwissenschaftliche Sachstand präsentiert mit einem Fokus auf chemisch-synthetische Forschungsansätze (Kapitel 4) und neue Anwendungen in der Biomedizin (Kapitel 5). Überdies werden in interdisziplinärer Ausrichtung der Arbeitsgruppe auch neue philosophische (Kapitel 6) und ethische (Kapitel 7 und 8) Implikationen der Synthetischen Biologie diskutiert. Als letzter Themenbereich wird die aktuelle gesellschaftliche Wahrnehmung der Disziplin besprochen: sowohl die gegenwärtige Berichterstattung zum Thema (Kapitel 9) als auch die öffentliche Meinung in Deutschland und Europa (Kapitel 10). Die inhaltlichen Ausführungen werden in gewohnter Weise durch quantitative Daten in Form von Indikatoren unterstützt (Kapitel 11). Ergänzt werden die Beiträge durch die gemeinsamen Kernaussagen und Handlungsempfehlungen der Mitglieder der Arbeitsgruppe für die Synthetische Biologie.
Neue und aufsehenerregende Erkenntnisse auf dem Gebiet der Stammzellforschung haben dazu geführt, dass Ergebnisse der Grundlagenforschung in diesem Forschungszweig weit über die Grenzen der Fachdisziplin in der Gesellschaft wahrgenommen werden. Das Supplement Stammzellforschung und Zelltherapie ergänzt den medizinischen Teil des Gentechnologieberichts. Im Zentrum steht eine umfassende Darstellung des Wissens und der Technik, ergänzt von Expertisen zu den rechtlichen Rahmenbedingungen und zu den ethischen Konflikten sowie Indikatoren, die das Thema aufschlüsseln und bewerten helfen. Mit seinem interdisziplinären Ansatz präsentiert das Supplement zum Gentechnologiebericht ein Monitoring zum Stand der Stammzellforschung und Zelltherapie und will zugleich zu einer Moderation der öffentlichen Diskussion beitragen.
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.
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.
In diesem Kapitel werden Problemfelder vorgestellt, die in der öffentlichen Wahrnehmung eine besondere Rolle spielen. Außerdem werden Indikatoren zum Thema Einzelzellanalyse präsentiert.
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.
Die IAG Gentechnologiebericht hat Kernaussagen und Handlungsempfehlungen erarbeitet, wie mit den neuen Methoden umzugehen ist und welche Entwicklungen besonders gefördert werden sollten.
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.
Mit dem "Dritten Gentechnologiebericht" legt die gleichnamige Interdisziplinäre Arbeitsgruppe der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften (BBAW) abermals ein umfassendes Monitoring zu den aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der Gentechnologie vor. Das Inhaltsverzeichnis bietet einen Überblick über die verschiedenen Kapitel und deren Autorinnen und Autoren.
Inhaltsverzeichnis
(2021)
Inhalt
(2018)
Inhalt
(2018)
Inhalt
(2017)
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.
Die öffentliche Debatte um den Einsatz der Gentechnologie bei Pflanzen hält in Deutschland unverändert an. Gleichzeitig sind die weltweiten Anbauflächen gentechnisch veränderter Pflanzen in den letzten Jahren weiterhin kontinuierlich gestiegen. Verpasst Deutschland den Anschluss? Oder bieten neue Methoden und Entwicklungen weniger umstrittene Alternativen? Der Band „Grüne Gentechnologie“ liefert auch in seiner 3., völlig neubearbeiteten und ergänzten Auflage eine interdisziplinäre Analyse des aktuellen Stands von Wissenschaft und Technik. Nach einer umfassenden Darstellung der Forschung zur grünen Gentechnologie werden mögliche Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt, der ökonomische Nutzen sowie der politische Rahmen der grünen Gentechnologie diskutiert. Ethische Argumentationsmuster und die geringe Akzeptanz in Deutschland und der EU werden ebenso aufgegriffen wie die Frage, ob die Gentechnik einen Beitrag zur Welternährung leisten kann. Umfangreiches Zahlenmaterial zur Entwicklung der Gentechnologie in Deutschland rundet den Bericht ab.
Die öffentliche Debatte in Deutschland um den Einsatz der Gentechnologie bei Pflanzen hält unverändert an. Gleichzeitig sind die weltweiten Anbauflächen gentechnisch veränderter Pflanzen in den letzten Jahren kontinuierlich angestiegen. Verpasst Deutschland den Anschluss? Oder ersetzen andere technologische Entwicklungen die Gentechnologie? Vorgestellt werden aktuelle wissenschaftliche Entwicklungen, die sich hinter Schlagworten wie „Smart Breeding“, „cis-gene Pflanzen“ und „Biomasseproduktion“ verbergen. Zugleich werden die ökonomischen Potenziale der grünen Gentechnologie diskutiert und die neuesten Daten über die Entwicklung in Deutschland präsentiert. Das Supplement zur grünen Gentechnologie aktualisiert und ergänzt das Kapitel zur Pflanzenzüchtung im Gentechnologiebericht der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften. Mit seinem komplexen Monitoring will der Bericht über aktuelle Fragen informieren und zu einer Moderation der öffentlichen Debatte beitragen.
Gentherapie steht nach wie vor nicht im Zentrum des öffentlichen Interesses; nur gelegentlich lässt sich in der veröffentlichten Meinung ein Artikel zu „Präzisionsfähren für die Gentherapie“ (FAZ, 13.10.2010) oder zu „Gentherapie bei Parkinson zeigt Wirkung“ (Tagesspiegel, 02.05.2011) finden. Zumeist handelt es sich dabei um Beiträge, die über Forschritte in der Grundlagenforschung oder vereinzelte geglückte Therapieversuche berichten. Diese Nachrichten können als Spiegel für die gegenwärtige Situation im Feld gelten: Nach den Rückschlägen der 1990er Jahre folgte eine Phase intensiver Erforschung von zell- und molekularbiologischen Grundlagen, die jetzt zunehmend in klinische Versuche münden. Das heißt, inzwischen haben sich, weitgehend unbeachtet von der Öffentlichkeit, neue Entwicklungen ergeben, die Gegenstand der vorliegenden Studie sind. Der Band „Gentherapie in Deutschland“ liefert auch in seiner zweiten, aktualisierten und erweiterten Auflage eine umfassende Darstellung der Forschung der Gentherapie in Deutschland sowie eine interdisziplinäre Analyse unter Einbeziehung naturwissenschaftlicher und medizinischer Fakten, der juristischen Rahmenbedingungen, der ethisch relevanten Fragestellungen sowie der öffentlichen Wahrnehmung: Dem Buch vorangestellt sind die Kernaussagen und Handlungsempfehlungen der Mitglieder der interdisziplinären Arbeitsgruppe „Gentechnologiebericht“ der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften (Kapitel 1). Nach inhaltlicher und methodischer Einführung (Kapitel 2) beginnt die thematische Auseinandersetzung mit einer Reflexion über die Entwicklung des eigenen Feldes: Der aktuelle Status quo klinischer Gentransferstudien wird ebenso erörtert wie die gegenwärtige Grundlagenforschung vor allem hinsichtlich der Vektortechnologie; der medizinische Sachstand wird anhand von genetisch bedingten sowie onkologischen Erkrankungen nachvollzogen (Kapitel 3). Überlegungen zu einer intrauterinen Gentherapie ergänzen die Ausführungen zum wissenschaftlich-technischen Stand (Kapitel 4). Die Darstellung der derzeitigen, komplexen europäischen und nationalen Regularien und Verordnungen verdeutlicht die rechtliche Situation im Umgang mit gentherapeutischer Forschung (Kapitel 5). Forschungsethische Implikationen (Kapitel 6) werden neben der poten-ziellen Anwendung eines Gentransfers im nichttherapeutischen Bereich (Kapitel 7) genauso diskutiert wie Fragen nach der Wahrnehmung und Bewertung der Gentherapie in der bundesdeutschen Bevölkerung (Kapitel 8). Im Anschluss werden die textlichen Ausführungen mithilfe von quantitativen Aussagen validiert (Kapitel 9); anhand von so genannten Indikatoren können so belastbare Zahlen zum Beispiel zum Forschungsstandort Deutschland, zur Realisierung wissenschaftlicher und medizinischer Zielsetzungen, zur Produktentwicklung beziehungsweise den Transfer von Wissen in Produkte sowie zur öffentlichen Wahrnehmung und Bewertung in standardisierten Datenblättern präsentiert werden.
Gentherapeutische Forschung in Deutschland ist international konkurrenzfähig. Weitgehend unbeachtet von der Öffentlichkeit haben sich hier neue klinische Entwicklungen ergeben, die Gegenstand der vorliegenden Studie sind: Die Autoren präsentieren eine umfassende Darstellung des heutigen Standes der Forschung und des Potenzials gentherapeutischer Anwendungen in Deutschland. Im Mittelpunkt steht die somatische Gentherapie; gleichwohl werden Fragen nach gentechnischen Eingriffen in die menschliche Keimbahn vor allem im Zusammenhang rechtlicher und forschungsethischer Fragen thematisiert. Der Band liefert eine interdisziplinäre Bestandsaufnahme unter Einbeziehung naturwissenschaftlicher und medizinischer Fakten sowie der juristischen Rahmenbedingungen; außerdem werden die Grenzziehung zwischen Therapie und Enhancement sowie die öffentliche Wahrnehmung erörtert. Mit dem vorliegenden Buch erweitert sich das Themenspektrum des ersten deutschen Gentechnologieberichts der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften um diese medizinische Option. Das Monitoring-Vorhaben für gentechnologische Entwicklungen in Deutschland wird damit konsequent fortgesetzt.
Der Gentechnologiebericht ist eine breit angelegte Studie zum Stand der Gentechnologie in Deutschland. Die Darstellungen und Bewertungen erfolgen sowohl unter wirtschaftlichen, wissenschaftlichen und politischen als auch unter ökologischen, ethischen und sozialen Gesichtspunkten. Die Autoren von der AG Gentechnologiebericht der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften konzentrieren sich auf vier Fallbeispiele aus der Gentechnologie-Debatte: die Genomforschung, die Grüne Gentechnologie, die molekulargenetische Diagnostik und die Biotech-Start-ups. Der Stand der Genomforschung zeigt, daß die gentechnologische Grundlagenforschung in Deutschland weitgehend etabliert und akzeptiert ist. Da auf Grund der rasanten Entwicklung die Grenzen zwischen Anwendungs- und Grundlagenforschung verwischen, ist ein erhöhtes Maß an gesellschaftlicher Reflexion erforderlich. Die Arbeitsgruppe befürwortet daher „eine stärkere Vermittlung ethischer und sozialer Dimensionen der Genomforschung nach dem Vorbild der in England gegründeten Centre for Genomics in Society, die die gesellschaftlichen Auswirkungen der Gentechnologie untersuchen“. Kein anderer Aspekt der Gentechnologie ist hierzulande so umstritten wie die Grüne Gentechnologie, die Züchtung und der Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen. Gegenwärtig bauen andere Industrieländer, aber auch Schwellenländer wie China, ihre Forschungskapazitäten in diesem Bereich erheblich aus. Die Arbeitsgruppe kritisiert hier die zwiespältige Politik der Bundesregierung: „Während das Forschungsministerium die grüne Gentechnologie fördert, wird sie vom Verbraucherschutzministerium zugleich behindert“. Die gentechnische Diagnostik ist ein wichtiges Anwendungsfeld der Gentechnologie in der Medizin und kann sich auf gesellschaftliche Akzeptanz berufen. Da sie sich in atemberaubendem Tempo entwickelt, empfiehlt die Arbeitsgruppe, „möglichst schnell einen konsistenten Rechtsrahmen zu schaffen, der die informationelle Selbstbestimmung der Patienten sowie eine professionelle Beratung garantiert“. Der Gentechnologiebericht belegt, daß sich die Biotech-Start-ups trotz Wirtschaftskrise zuletzt konsolidiert haben. Nach Einschätzung der Arbeitsgruppe hängt ihre weitere Zukunft auch wesentlich davon ab, „daß das Management junger Start-up Unternehmen verbessert wird, beispielsweise durch einen intensiven Austausch zwischen Industrie, Kapitalgebern und Entrepreneurs“.
Unter dem Oberbegriff „Genomchirurgie“ werden neue Verfahren der Gentechnik zur gezielten Änderung von Genomen subsumiert. Brisant ist dabei, dass die Methodik grundsätzlich auch beim Menschen anwendbar ist. Durch die Veränderung von Keimzellen könnten die Genomänderungen an die Nachkommen vererbt werden. Gerade solche Keimbahn-Eingriffe sind heftig umstritten. Die Interdisziplinäre Arbeitsgruppe Gentechnologiebericht fordert in ihrer Analyse ein Moratorium von Keimbahnexperimenten zur Klärung der mit ihr verbundenen offenen experimentellen, ethischen und rechtlichen Fragen.
Die Analyse führt zunächst in die Thematik ein, es folgt eine Auflistung möglicher rechtlicher und ethischer Fragen, die es während des geforderten Moratoriums zu diskutieren gilt.
Wissenschaftlich-technische Innovationen, eine Vielzahl von etablierten beziehungsweise neuen Anwendungen sowie die politischen Bemühungen um eine spezifische Gesetzgebung belegen die Aktualität des Themas Gendiagnostik in Deutschland. Vor diesem Hintergrund informiert das vorliegende Supplement über neueste technische Entwicklungen, es liefert einen Überblick über die aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen und diskutiert einzelne Anwendungsfelder molekulargenetischer Diagnostik. Außerdem erörtert es Fragen nach dem Status und der Regulierung von genetischer Information und präsentiert ausgewählte Daten zu den aktuellen Entwicklungen in Deutschland.
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.
Die Epigenetik entmachtet unsere Gene? Oder doch nicht? Epigenetik meint: Biochemische Moleküle interagieren zeitlebens mit der DNA in unseren Zellen und steuern in komplexer Vernetzung unser Erbgut: Entwicklung, Wachstum, aber auch Krankheiten und sogar unsere Psyche unterliegen epigenetischen Einflüssen. Die Umwelt und unsere Lebensweise spielen dabei eine große Rolle und verändern das "Epigenetische" in uns. Die Epigenetik verlangt uns neue Sichtweisen ab, nicht nur in der Biologie, sondern interdisziplinär: Wie verändert das "epigenetische Denken" unser Bild von unseren Genen, vom Lebendigen , von Entwicklung, von Evolution und Vererbung? Im Sammelband der Interdisziplinären Arbeitgsruppe Gentechnologieebricht der BBAW wird daher nicht nur der Status quo der Epigenetik vorgestellt, sondern auch untersucht, wie sich das Wissen aus diesem komplexen Thema in verschidenste Disziplinen überträgt.
Die hier vorliegende Kurzfassung stellt zentrale Ergebnisse des Sammelbands sowie die Kernaussagen der IAG Gentechnologiebericht vor.
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 auch für die Entwicklungsbiologie. Das Kepaitel führt in die Methoden ein, die für dieses Gebiet zentral sind und welche Implikationen ihr Einsatz mit sich bringt.
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.
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.
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. Auch bei Pflanzen ist dies möglich, wen auch aufgrund der Zellwand pflanzlicher Zellen sehr viel schwieriger als bei tierischen Zellen. Das Kapitel gibt einen EInblick in die Entwicklung der Einzelzellanylse bei Pflanzen.
Einleitung
(2019)
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. Die vorliegende Broschüre zur Einzelzellanalyse gibt einen
Überblick über die neuen Möglichkeiten aus den Perspektiven der Entwicklungsbiologie,
Biomedizin und Bioinformatik und greift mögliche gesellschaftliche
Implikationen und Konsequenzen auf.
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.
Genome-Editing und Einzelzellanalyse sind zwei bahnbrechende biotechnologische Methoden, die die gesamte Bandbreite der lebenswissenschaftlichen Forschung und Anwendung verändert und erweitert haben. Beide waren bereits Gegenstand eigenständiger Publikationen der IAG Gentechnologiebericht.1 Sie werden in diesem Kapitel in ihren Grundzügen und ihrer Bedeutung für die Entwicklung der Gentechnologien vorgestellt sowie die ethischen und rechtlichen Kontroversen um sie skizziert. Zunächst geht es um die wissenschaftlichen Grundlagen des Genome-Editing, womit Verfahren bezeichnet werden, durch die gezielt und relativ präzise Basenabfolgen im Genom lebender Zellen verändert werden können. Unter den „Genscheren“ wird das CRISPR/Cas-System mit Blick auf seine Funktionsweise, Entdeckungsgeschichte und Weiterentwicklung vorgestellt. Danach werden ethische und rechtliche Kontroversen um genomeditierte Pflanzen und den Einsatz des Genome-Editing in der menschlichen Keimbahn diskutiert. Zentraler Streitpunkt beim Einsatz von Genome-Editing in Pflanzenzüchtung und Landwirtschaft ist die regulatorische Frage, ob mittels Genome-Editing erzeugte Pflanzen, die lediglich punktuelle, schwer nachweisbare Mutationen und keine Fremdgene enthalten, als gentechnisch veränderte Organismen im Sinne des Gentechnikrechts gelten sollten – wie der EU-Gerichtshof 2018 entschied – oder nicht. Im Anschluss geht es um die ethischen und rechtlichen Aspekte von Keimbahnmodifikationen, also von auf alle folgenden Generationen vererbbaren Eingriffen in das menschliche Erbgut, die entweder therapeutischen bzw. präventiven Zwecken dienen können oder aber dem sog. Enhancement, also der Steigerung von Fähigkeiten oder der Erzeugung bestimmter Eigenschaften. Auch hier werden Pro- und Kontra-Argumente erörtert und die Prinzipien und Empfehlungen verschiedener Stellungnahmen skizziert. Der erste Teil des Kapitels schließt mit dem Fall der 2018 geborenen chinesischen Zwillingsmädchen, deren Erbgut durch Genome-Editing verändert worden war.
Der zweite Teil stellt die Einzelzellanalyse vor mit Blick auf ihre Funktionsweise, den gegenwärtigen Forschungsstand und ihr Potenzial für Anwendungen in biologischer Forschung und Medizin. Durch die Einzelzellanalyse gewinnbare Daten über einzelne Zellen gewähren einen zuvor unerreichbaren Einblick in deren Funktionsweise innerhalb von Geweben bzw. Zellpopulationen. Ermöglicht wurde dies durch technologische Entwicklungen wie Next-Generation-Sequencing und Omics-Technologien, die komplexe Vorgänge in Zellen erschließen. Weitere Schritte auf dem Weg zu einer personalisierten Medizin könnten durch neue Möglichkeiten der Untersuchung patientenspezifischer Tumore, zellulärer Veränderungen bei chronischen Erkrankungen und das Ansprechen bestimmter Zellen auf Medikamente zurückgelegt werden. Der Vergleich der Zellen Erkrankter mit denen Gesunder gibt Aufschluss über individuelle Krankheitshintergründe. Die komplexen und umfangreichen Daten der Einzelzellanalytik stellen hohe Ansprüche an den technischen Umgang mit und Austausch von ihnen und ihre Interpretation sowie an Datensicherheit und Datensouveränität.
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.
8. Themenbereich synthetische Biologie: Neue Möglichkeiten an der Grenze von Chemie und Biologie
(2015)
Mit dem Kapitel "Themenbereich synthetische Biologie: Neue Möglichkeiten an der Grenze von Chemie und Biologie" im "Dritten Gentechnologiebericht" wird ein umfassendes Monitoring zu den aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der synthetischen Biologie vorgelegt. Das Indikatoren-basierte Vorgehen, das in den letzten Jahren etabliert wurde, wird dabei fortgeführt. Aufgegriffen wird dabei die Terminologie, die Synthese von „Leben“ in der synthetischen Biologie sowie in der Chemie, Top-down-Ansätze sowie Bottom-up-Ansätze in der synthetischen Biologie, Systems Engineering und synthetische Biologie, das Konzept des Bakteriengenoms sowie die Xenobiologie. Problemfelder und Indikatoren zum Thema synthetische Biologie runden das Kapitel ab.
Mit dem Kapitel "Themenbereich grüne Gentechnologie: Pflanzenzüchtung und Agrarwirtschaft" im "Dritten Gentechnologiebericht" wird ein umfassendes Monitoring zu den aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der grünen Gentechnologie vorgelegt. Das Indikatoren-basierte Vorgehen, das in den letzten Jahren etabliert wurde, wird dabei fortgeführt. Zu den aufgegriffenen Themen gehören GV-Pflanzen in Forschung und Anwendung, Neue Züchtungsmethoden, wichtige Hilfstechnologien, sowie praktische Anwendungen und Züchtungsziele. Problemfelder und Indikatoren zur grünen Gentechnologie runden den Bericht ab.
Der Pflanzenphysiologe Stephan Clemens diskutiert in seinem Sachstandsbericht zur Grünen Gentechnik, inwiefern die neuen Methoden der Genomeditierung mittels CRISPR/Cas eine Neubewertung der Grünen Gentechnik erforderlich machen und eine Veränderung ihrer öffentlichen Wahrnehmung und Regulierung ermöglichen. Dabei werden zunächst aktuelle Entwicklungen der Genomeditierung von Pflanzen, ihre Funktionsweise, ihr Potenzial für die Grundlagenforschung und Anwendungen in der Landwirtschaft sowie mögliche nicht beabsichtigte Effekte dargestellt. Dabei kontextualisiert der Autor die verschiedenen Verfahren in der Geschichte der Pflanzenzüchtung, wobei insbesondere die Rolle der ungerichteten Mutagenese (Herbeiführung zufälliger genetischer Veränderungen durch Bestrahlung oder chemische Behandlung) bei der Entwicklung neuer Pflanzensorten wie kommerziell erfolgreicher Getreidesorten hervorgehoben wird. Die Genomeditierung eröffne gegenüber herkömmlichen Verfahren neue Möglichkeiten der gezielten Veränderung von Genen und genregulatorischen Elementen, für die der Autor einige Beispiele gibt, darunter die anvisierte Abschwächung der Immunogenität von Glutenproteinen und die De-novo-Domestizierung von Wildreis. Entsprechend erwartet er von den pflanzenzüchterischen Erfolgen der Genomeditierung einen Beitrag zur Bewältigung globaler Herausforderungen, insbesondere zu einer nachhaltigen Landwirtschaft und Erhöhung der Qualität, Quantität, Sicherheit und klimatischen Angepasstheit von Nahrungsmitteln. Die Genomeditierung werde aber transgene Pflanzen nicht gänzlich ersetzen können, da sie eine zentrale Rolle in der Grundlagenforschung spielten und einige Eigenschaften von Nutzpflanzen nur durch die Übertragung von Genen anderer Arten erzielt werden könnten. Als Beispiele werden u. a. der Golden Rice zur Bekämpfung von Vitamin-A-Mangel und die Erhöhung der Photosynthese-Effizienz angeführt. Thematisiert werden zudem die „gravierenden“ Einschränkungen für Forschung und Anwendung der Grünen Gentechnologie durch die Verhinderung von Feldversuchen, u. a. durch regulatorische Hürden für Feldversuche mit transgenen Pflanzen in Europa, die die Erkenntnisse und das Grundrecht auf Forschungsfreiheit Stephan Clemens zufolge unverhältnismäßig einschränken. Kritisch diskutiert wird das Urteil des EU-Gerichtshofs von 2018, das genomeditierte Pflanzen einer aufwendigen und letztlich innovationshemmenden GVO-Regulierung unterwerfe, die Zufallsmutagenese hingegen nicht. Der Beitrag schließt mit einem Plädoyer für eine Revision der Regulierung genetisch veränderter Pflanzen in Europa hin zu einer produktbasierten Risikobewertung und der Frage, ob es durch die Genomeditierung einen Neustart in der Regulierung und Wahrnehmung der Grünen Gentechnologie in Europa geben werde.
7. Kulturen der Epigenetik
(2017)