Problemstellungen bei der Einführung einer persönlichen Genomsequenzierung

Staatsexamensarbeit von André Schmidt

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 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 ethischen 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 spezifischen Mutationen der DNA, die sich im Verlauf der Entwicklung jedes Individuums endogen und exogen ansammeln, und zum anderen die vielfältigen Entwicklungsprozesse 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 Geheimnisse des Lebens nicht nur allein in der DNA, sondern in der komplexen multifaktoriellen Interaktion mit der Umwelt, der wechselseitigen Beeinflussung der biologischen Moleküle untereinander sowie in den »epigenetischen Phänomenen« außerhalb der DNA zu liegen.

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 Genomsequenzierung, 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 geführte und oft mit Spekulationen überfrachtete Diskussion durch einen kleinen aufklärenden 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.

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 future. 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 Church, Gibbs, Müller and Bartram, 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 social 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 caused 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 exogenously 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 interaction with the environment, the mutual influence of biochemical molecules as well as in the »epigenetic phenomena« outside of the DNA.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 2, Die aktuelle Problemstellung:

Die Chance einer Möglichkeit:

Seit der Entdeckung der Doppelhelixstruktur (DNA) durch James D. Watson und Francis H.C.Crick 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 entwickelt. 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 Entschlüsselung des letzten der 23 verschiedenen menschlichen Chromosomen liegt nun – am Ende der ersten Phase des Humangenom-Projekts – eine scheinbar vollständige, idealisierte und mit mehr als 99,99 Prozent genaue Karte des sequenzierten menschlichen »Genoms« vor.

Durch diese in der Geschichte der Naturwissenschaften beispiellos rasanten Fortschritte ist auch die moderne Biomedizin durch eine außerordentliche Entwicklung geprägt, welche sich z.B. in einer Verkürzung der Halbwertszeit des aktuellen Wissensstandes in Bezug auf die menschlichen »Gene« auf nur wenige Jahre verdeutlicht. Die seitdem stetig wachsenden Erkenntnisse über die Regulation der genetischen Information und die molekulare Charakterisierung von immer mehr Krankheitsbildern sind nicht nur intellektuell faszinierend, sondern eröffnen der modernen Medizin natürlich auch völlig neue Möglichkeiten in Bezug auf die Prävention, Diagnostik, Prognostik sowie in der Therapie von verschiedenen Erkrankungen. Schon heute lassen sich eine ständig steigende Anzahl von Erkrankungen frühzeitig mit Hilfe von genetischen Tests erkennen. Allein mehr als 350 Krankheiten, darunter verschiedene Krebsarten und neurologische Erkrankungen, wie Alzheimer und Parkinson, stehen mit Veränderungen dieses größten menschlichen Chromosoms, in dem sich 3141 der insgesamt etwa 25000 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 Krankheiten 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.

Die neue individuelle Medizin:

Demzufolge entspricht das bisherige medizinische Denken in diagnostischen und therapeutischen Schubladen nicht mehr dem aktuellen Kenntnisstand der molekularen Medizin, denn zukünftig könnte mehr und mehr der einzelne Patient im Blickpunkt des ärztlichen Handelns stehen und nicht mehr die empirische Masse der Patienten. Ferner ist in diesem Zusammenhang bereits heutzutage in der modernen Medizin eine schrittweise Individualisierung auf der Basis genetischer Informationen zu beobachten. Gerade auf den Gebieten der humangenetischen Diagnostik, der »prädiktiven Medizin« und der »Pharmakogenomik« soll ein besseres Verständnis der individuellen »Genotyp-Phänotyp-Korrelation« in absehbarer Zeit eine wichtige Komponente klinischer Entscheidungsprozesse bilden.

Besonders durch den Einsatz eines so genannten Genchips, der die gesamten genetischen Informationen eines Menschen ermitteln kann, erhofft man sich, die dafür benötigten genetischen Daten für jeden einzelnen Patienten zukünftig in einem überschaubaren Kosten- und Zeitrahmen ermitteln und nutzen zu können. Des Weiteren geht man davon aus, dass die auf diese Art und Weise erhobenen genetischen Erkenntnisse besonders eng am Individuum verankert sind und zudem eine hohe prädiktive 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 geben, zu welchen Erkrankungen er aufgrund seiner genetischen Disposition neigt. Diese Methode soll dann Ärzten helfen, die Krankheitsvorbeugung zu verbessern und Therapien an das genetische Profil des Patienten anzupassen. Darüber hinaus soll das persönliche Genom auch Auskünfte über genetisch bedingte Eigenschaften von Familienangehörigen des getesteten Individuums geben können, was im Hinblick auf schwere Erbkrankheiten durchaus von medizinischem Interesse sein könnte.

Bioethisch-gesellschaftliche Aspekte:

Zwar bieten die neuen Erkenntnisse durch die Humangenom-Forschung durchaus 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 zukünftigen 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 Genoms im Gesundheitsbereich sowie der gesellschaftliche Umgang damit im Sinne einer Technologiefolgenbeurteilung erst am Anfang.

Zwar werden schon seit den neunziger Jahren weltweit öffentlich kontroverse Diskussionen über die umwälzenden Entwicklungen der Biotechnologie sowie über die entsprechenden Perspektiven für die medizinische Zukunft der Menschen geführt, allerdings werden dabei in den Medien die Biowissenschaften durch oftmals polemische Schlagzeilen wie ‘Die Zukunft liegt im Labor!’ – ‘Biotechnologie ist Deutschlands Zukunft!’, mittlerweile schon regelrecht zu neuen Leitwissenschaften emporgehoben. 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 Medikamentenentwicklung 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. Alzheimer, Parkinson oder Krebs überwinden zu können. Dabei steigern sich die Visionen von der individualisierten Medizin in manchen Köpfen bis zu paradiesisch unrealistischen Vorstellungen, wobei biologische und systemabhängige Barrieren sowie Grenzen der Verantwortungsfähigkeit und Technikabschätzung oft nicht wahrgenommen werden. Ferner werden auch durch unzureichende journalistische Berichterstattungen 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 entsprechende 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 Institutionen – Zugang zu diesen Daten verschaffen könnten und damit eine selbst gewählte Lebensgestaltung der betroffenen Individuen erheblich erschwert oder sogar verhindert werden könnte.

Wie diese ersten Beispiele zeigen, werden nicht selten die öffentlichen Diskussionen von durchaus verständlichen aber oftmals unbegründeten Ängsten und kurzlebigen, politisch taktischen Äußerungen überlagert. Aus diesem Grund widmet sich die vorliegende Examensarbeit den wissenschaftlichen Grundlagen sowie den gesellschaftlichen Konsequenzen bei der Einführung einer persönlichen Genomsequenzierung, um mit wissenschaftlichem Sachverstand die nötige Diskussion über die Probleme 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 persönlichen Genom ableiten lassen. Es soll geprüft werden, unter welchen bestimmten Bedingungen 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 aufgrund von Informationen des individuellen Genoms ergeben und wie sie eventuell medizinisch 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 gesellschaftlichen 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 Folgen beeinflussen und gestalten können. Durch eine falsche oder einseitig geführte öffentliche Diskussion können die enormen Möglichkeiten, welche die aktuelle Entwicklung der modernen Biomedizin für die Menschheit darstellt, leicht zunichte gemacht werden. Denn eins steht bereits unumstößlich fest: Mit der Einführung molekularbiologischer Methoden in der modernen Medizin wurde definitiv eine neue Ära eingeleitet, die gerade erst begonnen hat.