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Rote Biotechnologie
Rote Biotechnologie, auch medizinische Biotechnologie genannt, umfasst die Bereiche der Biotechnologie, die sich mit der Entwicklung therapeutischer und …
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Begriff und Entwicklung
Rote Biotechnologie, auch medizinische Biotechnologie, umfasst biotechnologische Bereiche zur Entwicklung therapeutischer und diagnostischer Verfahren. Dazu gehören Biochips für die medizinische Diagnostik, personalisierte Medizin, Arzneimittelherstellung und Gentherapie. Sie untersucht Krankheitserreger, mögliche Wirkstoffproduzenten aus der Natur sowie Möglichkeiten, Krankheiten durch Gentherapie zu heilen.
Als Beginn der modernen Geschichte nennt der Artikel die Entdeckung der Welt der Mikroben und damit vieler Krankheitserreger Ende des 15. Jahrhunderts. Wichtige Meilensteine waren die Entdeckung des Penicillins 1928 durch Alexander Fleming sowie die Aufklärung der Struktur der DNA-Doppelhelix 1953 durch James Watson und Francis Crick. Seitdem lieferten Zell- und Molekularbiologie zahlreiche Erkenntnisse. Seit 2000 ist das menschliche Genom entschlüsselt; untersucht werden außerdem Genome anderer Organismen sowie einzelne Proteine und das Proteom, also die Gesamtheit der Proteine.
Entwicklung biotechnologischer Medikamente
Biotechnologische Medikamente heißen Biopharmazeutika. Sie werden hergestellt, indem Mikroorganismen, Nutztiere oder Pflanzen gentechnisch verändert werden; bei Pflanzen gibt es eine Schnittmenge mit Grüner Gentechnik. Der produzierende Organismus und auch das Produkt können schrittweise, also iterativ, verändert werden, bis der gewünschte Wirkstoff entsteht.
Pharmazeutische Biotechnologie ist der anwendungsorientierte Wissenschaftszweig für die Entwicklung, Prüfung, Herstellung und Zulassung von Arzneistoffen. Für dieselbe Aufgabe stehen oft mehrere Technologien zur Auswahl. Die Entwicklung von Insulinpräparaten ist ein Beispiel dafür.
Diagnostik, genetische Tests und Biochips
Biotechnologische Verfahren sollen Krankheiten und genetische Defekte schnell und zuverlässig nachweisen. Sie können außerdem helfen, eine Anfälligkeit für bestimmte medizinische Probleme schon vor deren Auftreten zu erkennen.
Genetische Tests dienen unter anderem dem Nachweis von Infektionserkrankungen und Erbkrankheiten, etwa in der pränatalen Diagnostik. Mit Gendiagnostik lassen sich Veränderungen im Erbgut erkennen und gezielt behandeln. Weitere genannte Einsatzbereiche sind die Identifizierung von Personen, beispielsweise zur Kriminalitätsbekämpfung, Vaterschaftstests und die Aufklärung anderer Verwandtschaftsbeziehungen sowie die Populationsgenetik zur Nachverfolgung von Ausbreitungswegen von Populationen.
Ein wichtiger Bereich ist die Pharmakogenomik beziehungsweise personalisierte Medizin. Manche Medikamente wirken bei bestimmten genetischen Besonderheiten nicht, weil sie etwa sofort wieder abgebaut werden. Dann können eine höhere Dosierung oder ein anderes Medikament nötig sein; Gleiches gilt bei ungewöhnlichen Nebenwirkungen. Wenn die genetische Konstitution eines Patienten bekannt ist, kann ein Arzt die Dosis anpassen oder leichter zu einem anderen Medikament wechseln.
Der Artikel beschreibt den Biochip als scheckkartengroßes, laborunabhängiges Messgerät, mit dem genetische Daten eines Patienten innerhalb kürzester Zeit abrufbar sein könnten. Dadurch könnten Krankheiten früher erkannt, neue Wirkstoffe schneller entwickelt sowie Dosierungen und Medikamenteneinsatz individualisiert werden. Diese erwarteten Anwendungen werden als zukünftige Möglichkeiten dargestellt.
Biochips und Arzneimittelproduktion
Bei der Herstellung von Biochips zur Diagnostik werden definierte DNA oder Proteine auf einen Träger aufgebracht und mit einer Probe in Kontakt gebracht. Anschließend werden die Reaktionen ausgewertet. Ein Protein-Microarray enthält, ebenso wie ein DNA-Microarray, viele Testfelder auf engstem Raum.
Die klassische Suche nach wirksamen Medikamenten ist laut Artikel meist sehr aufwändig, langwierig und risikoreich. Früher konnten Wirkstoffe oft nur durch Zufallstests gefunden werden; bis zur Hilfe für Patienten vergehen 10 bis 15 Jahre. Gendiagnostik und biotechnologische Verfahren sollen Entdeckung und Produktion von Heilmitteln beschleunigen, ihre Wirksamkeit besser prüfen und die Wahrscheinlichkeit von Nebenwirkungen senken. Manche komplexen Wirkstoffe können nicht chemisch synthetisiert werden.
Gentechnisch hergestellte Wirkstoffe wie Insulin, Impfstoffe, Interferon, Wachstumshormone und Blutgerinnungsfaktoren gehören laut Artikel zum Standard. In Deutschland regeln das Gentechnikgesetz und die Gentechnik-Sicherheitsverordnung Sicherheitsmaßnahmen bei Entwicklung und Produktion. Labor- und Produktionsbereiche arbeiten dabei unter Sicherheitsstufen von S1 bis S4.
Besonders bei Krankheiten mit bisher keinen oder begrenzten Heilungsmöglichkeiten wird Rote Biotechnologie eingesetzt. Als wichtiges Ziel wird die Krebsbekämpfung durch gezielte Eingriffe in die Steuerungsmechanismen des Tumorwachstums genannt. Drug-Delivery-Systeme sollen Wirkstoffe gezielt nur im erkrankten Gewebe freisetzen, damit der übrige Körper weniger belastet wird; sie sind jedoch nicht auf die Krebsforschung beschränkt.
Gentherapie
Die Grundidee der Gentherapie lautet: Manche Erbkrankheiten werden durch ein oder mehrere defekte Gene verursacht. Werden diese Gene ausgetauscht oder ersetzt, könnte nach diesem Denkansatz eine Heilung möglich sein. Als Beispiel nennt der Artikel Thalassämie.
Bei der in-vitro-Gentherapie werden einem Patienten Zellen entnommen, gentechnisch verändert und anschließend wieder zugeführt. Bei der in-vivo-Gentherapie erhält der Patient direkt Korrektur-DNA in einem Vektor, zum Beispiel Retroviren. Der Vektor soll die DNA mit dem Genom der Zielzellen in Kontakt bringen.
Genannt werden Gene als Impfstoffe zur Mobilisierung des Immunsystems durch Transfer immunmodulatorischer Gene. Bei der somatischen Gentherapie wird ein genetischer Defekt substituiert, also ersetzt: Zellen werden entnommen, vermehrt, gentechnisch verändert und wieder implantiert; alternativ sollen „heilende“ Gene über Vektoren an ihr Ziel gelangen. Dazu zählt auch der Transport von Suizid-Genen, die entartete Gene zum „Selbstmord“ treiben sollen. Die Keimbahntherapie bezeichnet die umstrittene Einflussnahme auf fehlerhafte oder unvollkommene Gene im Stadium des Embryos.
Regenerationsmedizin
Die Regenerationsmedizin entwickelt und wendet Verfahren an, um erkrankte oder zerstörte Gewebe und Organe zu heilen. Beim Tissue Engineering wird Gewebe gezüchtet. Durch Zellaussaat auf biokompatiblen und biodegradierbaren Materialien kann es als körpereigenes Transplantat defektes Gewebe ersetzen, beispielsweise Knorpel, Knochen oder Haut. Das Klonen des Gewebes vom Patienten soll eine optimale Verträglichkeit sicherstellen.
Die Stammzelltherapie befindet sich laut Artikel noch in der Grundlagenforschung. Stammzellen sind noch nicht auf eine bestimmte Funktion spezialisiert. Sie könnten gezielt programmiert werden und als Spenderquelle für Transplantationen dienen, wenn körpereigene Zellen durch akute oder chronische Krankheiten verloren gehen, etwa insulinbildende Zellen der Bauchspeicheldrüse, Herzmuskelzellen oder Nervenzellen.
Adulte Stammzellen aus erwachsenen Menschen lassen sich bisher nur begrenzt in einen bestimmten Zelltyp umwandeln und vermehren. Deshalb wird auch an befruchteten Eizellen geforscht, die nach künstlicher Befruchtung übrig geblieben sind. Dabei bestehen ethische Bedenken.
