Ethische Fragen überragen die Bemühungen, ein menschliches Genom von Grund auf neu zu erstellen

Der größte Nutznießer eines Plans zur Herstellung eines menschlichen Genoms von Grund auf könnte ein Startup aus Massachusetts namens Gen9 sein, das enge Verbindungen zu den Autoren des noch geheimen Vorschlags hat.

Vor zwei Wochen mehr als 130 Wissenschaftler, Ethiker und Regierungsbeamte hinter verschlossenen Türen getroffen an der Harvard University, um ein Follow-up des Human Genome Project zu diskutieren – eines, das ein Genom schreiben würde, anstatt es zu lesen. Die Veranstaltung mit dem Namen HGP Write sollte das Interesse an der Idee wecken, alle sechs Milliarden DNA-Buchstaben eines menschlichen Genoms zu synthetisieren und die Ergebnisse zum Hochfahren einer Zelle zu verwenden.

Dieses große Ziel wird neue Technologien sowie jede Menge DNA erfordern. Wir werden eines der Unternehmen sein, das dies möglich machen wird, sagt Kevin Munnelly, der CEO von Gen9, das 2009 mit der Herstellung von DNA-Strängen gegründet wurde und zu dessen Gründern George Church, der visionäre Genetiker der Harvard Medical School, gehört Zentrum der Genomschreibpläne. Ich glaube nicht, dass irgendjemand mit sechs Technikern auf 15.000 Quadratmetern so viel DNA herstellen kann wie wir. Konstruktion eines menschlichen Genoms, Analysten sagen , würde dreimal so viele künstliche Gene benötigen, die derzeit weltweit pro Jahr produziert werden, und DNA im Wert von mindestens 90 Millionen US-Dollar erfordern.

Ein Roboter bewegt Flüssigkeiten im Labor von Gen9 in Cambridge, Massachusetts. Das Startup stellt DNA für Biotechnologieunternehmen her.

Ein Besucher, der die Einrichtung von Gen9 in Cambridge betritt, sieht sich sofort einem lebensgroßen Poster von Church über einem Zitat gegenüber, das lautet: „Der beste Weg, die Zukunft vorherzusagen, ist, sie zu ändern. Das ist mehr oder weniger das, wofür Gen9 geschaffen wurde. Durch die Kommerzialisierung von Technologie zur billigeren Herstellung von DNA hofft Church, so Church, für die Biologie das zu erreichen, was Intel für die Elektronik getan hat.

Derzeit sind es vor allem Pharmaunternehmen und Agrargiganten wie Syngenta, die präzise Gensequenzen nach Maß bestellen. Sie werden verwendet, um Pflanzen oder Bakterien genetisch zu verändern, unter anderem zur Herstellung von Medikamenten wie Humaninsulin. Aber diese genetischen Stränge von As, Gs, Cs und Ts sind typischerweise nur tausend Buchstaben lang.

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Bessere und billigere Methoden zum Schreiben von DNA könnten es ermöglichen, ganze Genome zu drucken. Willst du einen Mikroorganismus, der Kohlendioxid frisst und Treibstoff herstellt? Eines Tages werden Sie vielleicht in der Lage sein, zu zeigen und zu klicken und eine geliefert zu bekommen. Neben Church sind die anderen wissenschaftlichen Gründer des Unternehmens (die ihre eigenen lebensgroßen Porträts haben) der Ingenieur Joe Jacobson vom MIT und der synthetische Biologe Drew Endy von der Stanford University. Gen9 ist ihr Baby. Das ist ihre Idee. Das wollten sie schon lange machen, sagt Munnelly über die drei Gründer. Das Gründungsprinzip besteht darin, die synthetische Biologie zu verbreiten, indem man sie leichter anwendet.

Teilweise dank der Innovationen bei Gen9 rückt die sehr groß angelegte DNA-Herstellung näher. Im Jahr 2001 kostete es 12 Dollar für jedes zusätzliche DNA-Buchstabenpaar, das in einem Labor chemisch an ein Gen angehängt wurde. Aber die Preise sind stetig gefallen. Im März begann Gen9 damit, Preise so niedrig wie nur möglich anzubieten drei Cent pro Paar .

Die Geschwindigkeit, mit der der DNA-Preis fällt, ist vergleichbar mit der stetigen Verbesserung von Computern nach dem Mooreschen Gesetz, der Faustregel, dass sich die Rechenleistung alle zwei Jahre verdoppelt. Dennoch sind radikal schnellere Fortschritte erforderlich, wenn die Kosten für das Schreiben eines menschlichen Genoms jemals den Preis für das Lesen eines menschlichen Genoms erreichen sollen, der dank einer Reihe großer Verbesserungen bei den Sequenziertechniken auf nur 1.000 US-Dollar gesunken ist. Beim heutigen Tempo würde das erst 2066 passieren. Das ist viel zu lange für den graubärtigen Church, was seine selbsternannten fanatischen Bemühungen zur Verbesserung der Technologie erklärt.

Aber fallende Preise stellen auch ein wirtschaftliches Dilemma dar, wenn die Nachfrage nach DNA nicht schnell steigt. Munnelly führt mich durch Büros, die mit veralteten Büromöbeln ausgestattet sind, und sagt, dass ein Großteil der Kapazität des Unternehmens ungenutzt bleibt. Tatsächlich schloss ein Vorgängerunternehmen, Codon Devices, seine Türen, nachdem es DNA so billig verkauft hatte, dass es Geld verlor.

Geheimes Treffen

Deshalb könnte ein ehrgeiziges, möglicherweise von der Regierung unterstütztes Projekt zur Herstellung eines menschlichen Genoms helfen. Es würde mehr Nachfrage nach DNA schaffen und die noch zu erfindenden Technologien fördern, die benötigt werden, um diese DNA in komplexe menschliche Chromosomen zu formen. Dies wird vielen Menschen die Augen dafür öffnen, was der Markt leisten kann oder nicht, sagt Munnelly. Ich denke, diese Technologien könnten einen großen Schub bekommen, wenn ein Projekt wie dieses angekündigt wird.

Ein Vorschlag, der die Gründe für die Synthese eines Genoms skizziert, wurde höchstwahrscheinlich bei einer Zeitschrift eingereicht Wissenschaft , von Church und mehreren anderen. Die bevorstehende Veröffentlichung, sagt Church, war der Grund für den Versuch, das HGP Write-Meeting privat zu halten und die Presse davon abzuhalten, darüber zu berichten.

Diese Entscheidung wurde jedoch von Gen9-Mitbegründer Endy scharf kritisiert, der das Verfahren in a aufdeckte kritischer Tweet . Obwohl Endy Anteile an dem Unternehmen besitzt und nachdrücklich zustimmt, dass bessere DNA-Konstruktionswerkzeuge benötigt werden, schrieb er ein Leitartikel die Frage, ob eine enorme moralische Geste wie die Schaffung eines menschlichen Genoms ein angemessener Nachfragetreiber für billigere DNA-Methoden ist. Er schlug vor, dass sich die Wissenschaftler stattdessen auf das Drucken von Bakterienchromosomen konzentrieren sollten.

Eine Sorge ist, dass die Herstellung eines menschlichen Genoms schwerwiegende religiöse und ethische Auswirkungen haben könnte. Obwohl die Perspektive weit entfernt bleibt, könnten Menschen theoretisch am Computer entworfen und ohne Eltern geboren werden. Andere Kritiker sagten, die Organisatoren hätten ihre Verbindungen zu Startups unzureichend dargelegt. Diese Unternehmen hätten eine sehr große Gewinnchance; Sie werden enorm davon profitieren, sagt Peter Carr, ein synthetischer Biologe am Lincoln Lab des MIT.

Gen9 hat bereits große Mengen vergünstigter DNA an die Co-Autoren des bevorstehenden Vorschlags verkauft, darunter Jef Boeke, einen Forscher an der NYU School of Medicine in New York. Boeke leitet nun ein internationales Konsortium, das versucht, die Chromosomen einer Hefezelle durch künstliche zu ersetzen. Das Labor von Church auf dem Campus der medizinischen Fakultät von Harvard hat seinerseits Millionen von DNA-Briefen bestellt, um den genetischen Code von zu revidieren E coli , Arbeit, deren Veröffentlichung ebenfalls ansteht.

Ein dritter Organisator von HGP Write, Andrew Hessel, ist Zukunftsforscher bei Autodesk, einem CAD-Softwareunternehmen, das nach Angaben der Teilnehmer für das Harvard-Meeting bezahlt hat. Das Unternehmen, das die Finanzierung von Laboren für synthetische Biologie verteilt und Software für biologisches Design entwickelt, arbeitet auch mit Gen9 zusammen und bezieht DNA von Gen9. Ich stecke in Geheimhaltungsvereinbarungen mit Autodesk, sagt Munnelly.

DNA-Renaissance

Auch ohne ein Megaprojekt hat die Möglichkeit, dass die DNA-Synthese zu einer großen neuen Industrie wird, Investoren verlockt. Ein kalifornisches Unternehmen, Twist Biowissenschaften , hat in den letzten 18 Monaten mehr als 140 Millionen US-Dollar gesammelt. Church sagt, er sei auch Anteilseigner dieser Firma.

Gen9 und Twist haben neue Wege beschritten, indem sie Techniken aus der Computerindustrie übernommen haben, um Milliarden kurzer DNA-Stücke in Massenproduktion herzustellen. Twist stellt sie beispielsweise in winzigen Vertiefungen her, die auf einem Siliziumchip mikrobearbeitet werden. Gen9 beruht auf einem Verfahren zum Mikrodrucken von DNA-Strängen auf Glasobjektträgern. Diese werden abgespalten und zu Genen von bis zu 10.000 Buchstaben zusammengesetzt.

Die Automatisierung hat dazu geführt, dass der Preis für DNA schnell gefallen ist. Im April begann Gen9 mit dem Verkauf großer DNA-Bestellungen für 0,03 $ pro Paar genetischer Buchstaben.

Die neuen Massenproduktionsmethoden ersetzen eine ältere, kostspieligere Methode zur Herstellung von Genen, die erstmals in den 1970er Jahren entwickelt wurde. Die Syntheseindustrie erlebt derzeit eine Renaissance, und das ist sehr aufregend, sagt Jason Kelly, ein Mitbegründer von Ginkgo Bioworks, das in diesem Jahr eine Bestellung über etwa 100.000 Gene bei Twist aufgegeben hat, die größte Anschaffung dieser Art.

Ginkgo sucht nach neuen Wegen zur Herstellung wertvoller Duftstoffe und anderer Chemikalien. Dazu benötigt es Kopien von Pflanzengenen, die es zum Testen in Hefezellen einfügen kann, wobei es oft Tausende von Variationen ausprobiert. Deshalb sei der DNA-Preis immer noch ein Problem, sagt er. Stellen Sie sich vor, dass Computerprogrammierer, die mit arbeiten eins s und 0 s, mussten für jede Anweisung 10 Cent bezahlen. Das würde die Anzahl der Programme begrenzen, die sie ausprobieren würden. Was wir wirklich brauchen, ist die Fähigkeit, viele, viele individuelle Gene billig herzustellen, sagt Kelly. Das ist der Schmerzpunkt; das wollen alle.

Weniger klar ist, warum jemand ein vollständiges synthetisches Genom haben möchte. Jedes synthetische menschliche Genomprojekt wird viele Jahre, wenn nicht Jahrzehnte dauern, und kommerzielle Renditen sind in weiter Ferne, sagt er Rob Carlson , ein Berater, der die Industrie studiert. Ohne ein wirtschaftliches Motiv ist er sich nicht sicher, ob das Schreiben von Genomen in absehbarer Zeit erschwinglich werden wird. Die kommerzielle biotechnologische Nutzung synthetischer DNA wird niemals eine ausreichende Nachfrage nach sich ziehen, um die Produktion zum Aufbau vieler synthetischer menschlicher Genome zu steigern“, sagt er.

Church glaubt, dass dieser Standpunkt das Ziel verfehlen könnte. Die Leute stecken in einem Trott fest, so wie wir in den 1960er Jahren in einem Trott feststeckten, als wir an Computer dachten, sagt er. Sie würden die Leute fragen, ob sie einen wollen, und sie würden sagen: „Was ist ein Computer?“ Er füllt einen ganzen Raum und tut nichts. Sie konnten sich nicht vorstellen, dass Transistoren zu Killeranwendungen wie Angry Birds oder Facebook führen würden.

Church sagt, dass Ingenieure aus der Natur wissen, dass es viel Raum für Verbesserungen gibt. Während Chemiker drei Minuten brauchen, um DNA um einen einzigen Buchstaben zu verlängern, schreiben Moleküle in Zellen DNA mit 1.000 Buchstaben pro Sekunde. Eine menschliche Zelle, die sich teilt, stellt innerhalb von 24 Stunden ein neues Genom her, praktisch kostenlos.

Hier gibt es einen Wachstumspfad, sagt Church. Mit jeder neuen Innovation kommen wir uns näher.

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