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Wann hat sich CRISPR/Cas9 entwickelt und wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich seitdem auf der Erde bereits ein überlegenes System für die Genombearbeitung von lebenden Zellen entwickelt hat?

Wann hat sich CRISPR/Cas9 entwickelt und wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich seitdem auf der Erde bereits ein überlegenes System für die Genombearbeitung von lebenden Zellen entwickelt hat?


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Ich habe gelesen, dass CRISPR/Cas9 derzeit implementiert und auf seine Fähigkeit getestet wird, Genome in lebenden Zellen zu bearbeiten, und dass es andere Werkzeuge zur Genombearbeitung in Labors wie TALENs und Zinkfingernukleasen verdrängt.

Ich verstehe, dass es einige Metriken geben kann, die für die Analyse eines Genom-Editing-Systems verwendet werden. Einer ist die Effizienz, die vielleicht in Bearbeitungen pro Zeit oder Bearbeitungen pro Molekül gemessen werden könnte. Eine andere Metrik könnte die Fehlerrate sein. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Genom anders als beabsichtigt verändert wird? Eine andere Metrik könnte die Länge des Genoms sein, das auf einmal bearbeitet werden kann.

Ich habe auch gelesen, dass sich CRISPR/Cas9 in Bakterien entwickelt hat. Wann hat sich CRISPR/Cas9 in der Geschichte des Lebens auf der Erde entwickelt?

Wenn sich CRISPR/Cas9 in Bakterien entwickelt hat, und vor anderen evolutionären Fortschritten, einschließlich einiger von denen, die möglicherweise bestimmte mehrzellige Lebensformen ermöglicht haben, muss ich mich fragen, ob sich auch andere Systeme wie CRISPR/Cas9 entwickelt haben, die ihm jedoch in einigen Metriken überlegen sind.

Wie funktioniert die Rekombination bei der sexuellen Fortpflanzung? Könnte es sich um eine biomolekulare Maschinerie wie die von CRISPR/Cas9 handeln?

Wie funktioniert das adaptive Immunsystem? Wie funktioniert die VDJ-Rekombination? Handelt es sich um ein (im Vergleich zu CRISPR/Cas9) fortschrittliches Genom-Editing-System?

Wie kann man die Wahrscheinlichkeit einschätzen, dass bereits ein CRISPR/Cas9 überlegenes System existiert?


Viele interessante Fragen! Lassen Sie mich versuchen, einige von ihnen anzusprechen, da ich glaube nicht, dass ich qualifiziert bin, sie alle zu beantworten, aber ich hoffe, dass ich diesen Thread starten kann. Ich bin ein Doktorand im Bereich der biophysikalischen Chemie und habe in den letzten Jahren ein wenig den Crispr Cas9-Wahn verfolgt. Ich bin also kein Experte für Cas9, aber ich finde es interessant.

Viele spekulieren, dass es, solange es zelluläres Leben gibt, auch Viren oder einige obligate Parasiten gibt. Dies rührt von der Idee her, dass Viren vielleicht nicht "nicht-selbst" sind, sondern eher Teile des Wirts sind, die zufällig zu unbelebten Partikeln werden, die aus der Zelle entkommen und dann einen anderen geeigneten Wirt finden. Einige Viren haben sich gemeinsam mit dem Wirt entwickelt, vielleicht um zu verhindern, dass andere Viren in seine „Heimat-/Geburtsmutter“ eindringen. Auch hier ist vieles in diesem Absatz nur Spekulation, aber es ist wahrscheinlich, dass CRISPR-Systeme oder ein adaptives Immunsystem wie es so lange existiert wie Viren/obligatorische Parasiten.

Fehlerquoten, Sie können sich einige der kürzlich erschienenen Veröffentlichungen ansehen, aber die Idee ist, dass es viele Fehlerquoten gibt, insbesondere wenn die RNA konstitutiv von einem Plasmid transkribiert wird. Einige Leute haben vorgeschlagen, nicht die Plasmide für die Leit-RNAs und das Cas9-Protein zu liefern, sondern stattdessen das Cas9-Protein, das mit der RNA selbst komplexiert ist. Andere Möglichkeiten, die Menge, die Sie an eine Zelle abgeben, zu kontrollieren, besteht darin, die RNA für das Cas9-Protein zu liefern, damit es schließlich abgebaut wird. Dies vermeidet die Komplikation der Abgabe von DNA, die mehrmals transkribiert werden kann und Ihre Zelle möglicherweise mit cas9-Protein oder Leit-RNAs überschwemmt, was die Wahrscheinlichkeit von Off-Target-Effekten erhöht. Oder Sie können das cas9-Protein und die Leit-RNA-Plasmide unter induzierbaren Promotoren haben, so dass Sie nur dann eine Expression erhalten, wenn Sie ein kleines Molekül in Ihren kultivierten Organismus einführen und die Menge, die Sie davon abgeben, begrenzen.

Und ob es andere Systeme gibt, die dem "überlegen" sind, und mit überlegen meinen Sie effizienter und haben weniger Off-Targeting-Effekte? Sicher können diese Dinger sehr gut existieren, da wir noch nicht den gesamten Planeten sequenziert haben! Spaß beiseite, vielleicht fangen Sie an, sich in Forschungsgruppen umzusehen, die adaptive Immunität bei Prokaryonten untersuchen, vielleicht finden Sie einige interessante Ideen…

VDJ ist ein sehr cooles System, über das ich nur wenig weiß, aber diese Rezension könnte einen Blick wert sein:

"Mechanism and Control of V(D)J Rekombination versus ClassSwitch Rekombination: Similarities and Differences", die hier zu finden ist.

Auch die Rekombination bei der meiotischen versus mitotischen Replikation wird in dieser Übersicht behandelt: "Meiotische versus Mitotische Rekombination: Zwei verschiedene Wege für die Reparatur von Doppelstrangbrüchen", die hier verfügbar ist.

Um Ihre Frage zu beantworten, muss ich mich an jemand anderen wenden!

Meine Frage an Sie ist, was ist "erweitert"? Das Leben, wie wir es verstehen, entwickelt sich seit etwa 3-4 Milliarden Jahren. "Fortgeschritten" deutet darauf hin, dass sich ein Organismus besser oder schneller entwickelt hat. Ich weiß nicht, ob ich etwas per se fortschrittlicher nennen würde, aber vielleicht komplizierter und fähiger, sich schnell an neue Umweltbelastungen anzupassen? Bakterien haben uns übertrumpft, wenn es schnelle Umweltveränderungen, globale Erwärmung, Asteroiden, die auf den Planeten stürzen usw.

Um diese Wahrscheinlichkeit abzuschätzen, muss man wissen, wie groß der gesamte Sequenzraum der Erde ist. Einige haben 5-50 Millionen eukaryotische Arten geschätzt, hängen jedoch davon ab, welche Metrik Sie verwenden würden, um eine neue Art zu definieren. Für Prokaryonten ist es unbekannt. Ich vermute, dass Sie Hunderte von Millionen verschiedener Organismen haben, die in der Lage sind, eine Art adaptives Immunsystem zu haben, das sich von Natur aus vom CRISPR/Cas9-System unterscheidet, aber dennoch einige ähnliche Elemente wie die Nukleinsäurekomplementierung als Verteidigungsmechanismus verwenden gegen obligate Parasiten. Dann stellt sich die Frage, wie viele dieser Organismen wir sequenziert haben und wie viele Proteine ​​wir auf der Grundlage von Sequenzähnlichkeiten mit anderen Proteinen wissen, wie sie funktionieren. Oder wenn wir ihre 3D-Struktur direkt anhand von kryogener Transmissionselektronenmikroskopie (Cryo EM), NMR oder Röntgenkristallographie charakterisiert haben. Ich kann mir also vorstellen, dass wir gerade die Spitze des Eisbergs erreicht haben, als wir natürliche Enzyme gefunden haben, die als Werkzeuge zur Genbearbeitung und Genlokalisierung fungieren können. Außerdem könnten wir damit beginnen, unsere eigenen Enzyme zu entwickeln, wie sie Professor David Baker von der UW bearbeitet. Riesiger Ozean zum Erkunden, bringen Sie eine molekulare Angelrute mit :-)


Eugenik

Eugenik ( / j uː ˈ dʒ ɛ n ɪ k s / yoo- JEH -niks aus dem Griechischen εὐ- 'gut' und γενής 'entstehen, wachsen') [1] [2] ist eine Reihe von Überzeugungen und Praktiken, die darauf abzielen, die genetische Qualität einer menschlichen Bevölkerung zu verbessern, [3] [4] historisch durch als minderwertig beurteilte Personen und Gruppen auszuschließen oder als überlegen eingestufte Personen zu fördern. [5] In den letzten Jahren hat der Begriff in bioethischen Diskussionen über den Einsatz neuer Technologien wie CRISPR und genetisches Screening eine Wiederbelebung erfahren, mit einer hitzigen Debatte darüber, ob diese Technologien als Eugenik bezeichnet werden sollten oder nicht. [6]

Das Konzept geht auf den Begriff zurück, den Platon um 400 v. Chr. vorschlug, die Prinzipien der selektiven Züchtung auf den Menschen anzuwenden. Frühe Befürworter der Eugenik im 19. Jahrhundert sahen darin eine Möglichkeit, Menschengruppen zu verbessern. Im heutigen Sprachgebrauch wird der Begriff Eugenik ist eng mit wissenschaftlichem Rassismus verbunden. Moderne Bioethiker, die die neue Eugenik befürworten, charakterisieren sie als eine Möglichkeit, individuelle Eigenschaften unabhängig von der Gruppenzugehörigkeit zu verbessern.

Während eugenische Prinzipien bereits im antiken Griechenland praktiziert wurden, begann die zeitgenössische Geschichte der Eugenik im späten 19. Kanada, Australien, [8] und die meisten europäischen Länder. In dieser Zeit vertraten Menschen aus dem gesamten politischen Spektrum eugenische Ideen. Folglich haben viele Länder eine eugenische Politik eingeführt, die darauf abzielt, die Qualität des genetischen Bestands ihrer Bevölkerung zu verbessern. Solche Programme beinhalteten beides positiv Maßnahmen, wie die Ermutigung von Personen, die als besonders "tauglich" zur Fortpflanzung angesehen werden, und Negativ Maßnahmen wie Heiratsverbote und Zwangssterilisationen von Menschen, die als nicht fortpflanzungsfähig gelten. Zu denjenigen, die als "reproduktionsunfähig" eingestuft wurden, gehörten oft Menschen mit geistigen oder körperlichen Behinderungen, Menschen mit niedrigen Werten bei verschiedenen IQ-Tests, Kriminelle und "Abweichler" sowie Mitglieder benachteiligter Minderheitengruppen.

Die Eugenik-Bewegung wurde mit Nazi-Deutschland und dem Holocaust in Verbindung gebracht, als die Verteidigung vieler Angeklagter in den Nürnberger Prozessen von 1945 bis 1946 versuchte, ihre Menschenrechtsverletzungen zu rechtfertigen, indem sie behaupteten, es gebe kaum Unterschiede zwischen den Nazi-Eugenikprogrammen und der US-Eugenik Programme. [9] In den Jahrzehnten nach dem Zweiten Weltkrieg begannen viele Länder mit stärkerer Betonung der Menschenrechte, die Eugenikpolitik aufzugeben, obwohl einige westliche Länder (darunter die Vereinigten Staaten, Kanada und Schweden) weiterhin Zwangssterilisationen durchführten.

Seit den 1980er und 1990er Jahren, mit neuen verfügbaren Verfahren der assistierten Reproduktionstechnologie, wie der Leihmutterschaft (verfügbar seit 1985), der genetischen Präimplantationsdiagnostik (verfügbar seit 1989) und dem zytoplasmatischen Transfer (erstmals 1996 durchgeführt), ist die Besorgnis über eine mögliche Wiederbelebung gewachsen einer wirksameren Form der Eugenik nach Jahrzehnten der Förderung der Menschenrechte.

Eine Kritik an der Eugenik-Politik ist, dass unabhängig davon, ob Negativ oder positiv Richtlinien verwendet werden, sind sie anfällig für Missbrauch, da die genetischen Auswahlkriterien von der Gruppe bestimmt werden, die zu diesem Zeitpunkt politische Macht hat. [10] Darüber hinaus kritisieren viele negative Eugenik insbesondere als Verletzung grundlegender Menschenrechte, die seit der Proklamation von Teheran im Jahr 1968 [11] das Recht auf Reproduktion einschließen. Ein weiterer Kritikpunkt ist, dass die Eugenikpolitik letztendlich zu einem Verlust der genetischen Vielfalt führt, was zu einer Inzuchtdepression aufgrund eines Verlusts der genetischen Variation führt. [12] Noch eine weitere Kritik an der zeitgenössischen Eugenik-Politik ist, dass sie vorschlagen, Millionen von Jahren der Evolution dauerhaft und künstlich zu unterbrechen, und dass der Versuch, genetische Linien "sauber" von "Störungen" zu schaffen, weitreichende nachgelagerte Nebeneffekte im genetischen Bereich haben kann Ökologie, einschließlich negativer Auswirkungen auf die Immunität und die Widerstandsfähigkeit der Arten. [13]


Warum Gene in der Psychologie wichtig sind

Gene helfen dabei, zu definieren, wer ein Individuum innerlich und äußerlich ist. Obwohl auch nicht-genetische Faktoren eine Rolle spielen, kann das, was Wissenschaftler über diese Einflüsse gelernt haben, mit allgemeiner Meinung kollidieren. Eine Eigenschaft oder ein Verhalten, das aus der Erziehung eines Kindes zu resultieren scheint – wie die Neigung zu psychischen Erkrankungen oder Scheidung – kann tatsächlich weitgehend ein Produkt der Gene sein, die es von seinen Eltern geerbt hat. Tatsächlich legen Untersuchungen, die den Einfluss des familiären Umfelds untersuchen, nahe, dass es für einen überraschend kleinen Teil der Unterschiede zwischen Menschen bei den von Wissenschaftlern gemessenen Merkmalen verantwortlich ist.

Was ist ein Gen?

Ein Gen ist die Grundeinheit, durch die genetische Informationen gespeichert und zwischen Generationen weitergegeben werden. Physikalisch ist ein Gen ein bestimmter Abschnitt eines der langen, doppelhelixförmigen DNA-Moleküle, die in jeder Körperzelle vorkommen. Gene variieren in der Größe und umfassen Hunderte bis Millionen der Nukleotide, die zusammen die DNA bilden. Viele (aber nicht alle) Gene liefern chemische „Anweisungen“ für die Bildung von Proteinmolekülen oder erfüllen andere Funktionen, die für die Funktion eines Organismus von wesentlicher Bedeutung sind. Verschiedene Versionen desselben Gens werden Allele genannt.

Was ist das Genom?

Das Genom ist die Gesamtheit des genetischen Materials eines Individuums. Es wird geschätzt, dass die menschliche DNA zwischen 20.000 und 25.000 Gene enthält. Der überwiegende Teil des Genoms jeder Person ist identisch mit dem der nächsten Person, aber der Teil, der sich unterscheidet, ist folgerichtig für die Entwicklung des Individuums.

Was ist ein Chromosom?

Ein Chromosom ist eine Struktur innerhalb eines Zellkerns, die aus einem langen DNA-Molekül und stützenden Proteinen besteht. Jede menschliche Zelle enthält 23 Chromosomenpaare, die zusammen den genetischen Code einer Person speichern.

Welche Eigenschaften werden genetisch vererbt?

Neben sichtbaren Merkmalen wie Gewicht und Augenfarbe werden psychologische Eigenschaften wie Persönlichkeitsmerkmale (wie Extraversion und Verträglichkeit), Intelligenz, das Risiko für psychische Erkrankungen und viele andere in gewissem Maße durch die Genetik beeinflusst. Während Gene nicht dafür verantwortlich sind alle Von den Unterschieden zwischen Menschen in Bezug auf diese Merkmale zeigt die Forschung, dass sie einen erheblichen Einfluss haben.

Wie stark beeinflussen Gene psychische Erkrankungen?

Das Risikoniveau der Menschen für alle wichtigen psychiatrischen Erkrankungen wird teilweise durch die Genetik bestimmt. Schätzungen, wie viel Variabilität des Risikos genetischen Unterschieden zwischen Individuen zugeschrieben werden kann, umfassen: 75 Prozent oder mehr für ADHS, Autismus-Spektrum-Störungen, bipolare Störung und Schizophrenie 50 bis 60 Prozent für Alkoholabhängigkeit und Anorexia nervosa und 20 bis 45 Prozent für Angststörungen, Zwangsstörungen, PTSD und schwere depressive Störungen.

Wie beeinflussen Gene Verhalten und Eigenschaften?

Der Weg von den Genen zu psychischen Dispositionen und Verhaltensweisen ist hochkomplex, verläuft aber durch das Gehirn: Genetische Anweisungen beeinflussen die Gehirnentwicklung, und Unterschiede im genetischen Code bewirken Unterschiede in der Verschaltung des Gehirns. Diese Anweisungen bestimmen nicht vollständig, wie die Entwicklung abläuft, und lassen Raum für andere Faktoren (einschließlich zufälliger Ereignisse während der Entwicklung) bei der Gestaltung des Verhaltens.

Gene können eine Person auch weniger direkt durch Ursache-Wirkungs-Ketten beeinflussen, die die Umwelt einbeziehen. Zum Beispiel könnte ein genetisch beeinflusstes Merkmal (wie überdurchschnittliche Extraversion) jemanden dazu bringen, Situationen (wie häufige soziale Interaktionen) zu suchen, die dieses Merkmal verstärken.

Was ist mit „Natur vs. Erziehung“ gemeint?

Der Begriff „Natur vs. oder die Erfahrung der Menschen mit ihrer Umgebung im Allgemeinen.

Während sowohl die Genetik als auch die Umwelt eine Rolle bei der Gestaltung der Eigenschaften von Menschen spielen, kann die Formulierung „Natur vs. Erziehung“ irreführend sein. In vielerlei Hinsicht interagieren Genetik und Erfahrung (anstatt gegensätzlich zu arbeiten), um zu beeinflussen, wie sich eine Person entwickelt. Und ein Teil der individuellen Unterschiede ist weder auf die Natur noch auf die Erziehung allein zurückzuführen, sondern auf die inhärente Variabilität des menschlichen Entwicklungsprozesses.

Was sind epigenetische Veränderungen?

Chemische Verbindungen können sich an Gene anlagern und ihre Aktivität verändern, ohne die zugrunde liegende DNA zu verändern. Diese Modifikationen werden epigenetische Veränderungen genannt (und ihre Erforschung ist Epigenetik). Epigenetische Veränderungen treten normalerweise als Teil der Entwicklung auf, können aber auch durch Umwelt- und Erfahrungsfaktoren wie Ernährung und Exposition gegenüber Toxinen beeinflusst werden. Es gibt Hinweise darauf, dass traumatische Erfahrungen auch zu epigenetischen Veränderungen führen können, die die Genexpression beeinflussen.

Gibt es ein Gen für Depressionen (oder etwas anderes)?

Es gibt kein Gen, das eine bestimmte psychiatrische Störung oder ein anderes komplexes psychologisches Merkmal aktiviert. Tatsächlich interagieren viele Gene, um das menschliche Gehirn zu beeinflussen. Normale und gestörte psychische Merkmale sind polygen, das heißt, sie werden jeweils von einer Vielzahl von Genen geprägt. Während seltene Mutationen in bestimmten Genen einen unverhältnismäßigen Einfluss haben können, spielt jeder der vielen relevanten genetischen Unterschiede größtenteils eine sehr geringe Rolle bei der Erhöhung oder Verringerung des Risikos einer bestimmten Erkrankung oder der Beeinflussung eines bestimmten Merkmals.

In der Medizin im weiteren Sinne gibt es bestimmte genetische Störungen, die hauptsächlich Anomalien in einem einzelnen Gen beinhalten. Zu diesen Einzelgen-Erkrankungen gehören Mukoviszidose, Huntington-Krankheit, Sichelzellenanämie und Duchenne-Muskeldystrophie.

Warum sind die X- und Y-Chromosomen wichtig?

Die X- und Y-Chromosomen werden auch als Geschlechtschromosomen bezeichnet und spielen eine grundlegende Rolle bei der Bestimmung der biologischen Geschlechtsmerkmale eines Individuums (z. B. der Fortpflanzungsorgane). Weibchen haben keine Y-Chromosomen, sie erben von jedem Elternteil ein X-Chromosom. Männer haben ein X-Chromosom, bilden ihre Mutter und ein Y-Chromosom von ihrem Vater. Die X- und Y-Chromosomen enthalten auch Gene, die Merkmale beeinflussen, die nicht mit dem Geschlecht einer Person zusammenhängen.

Was ist Genealogie und warum interessieren sich die Leute so dafür?

Genealogie ist das Studium der Familienlinie. Obwohl es sich nicht um eine neue Praxis handelt, haben die Entwicklungen bei DNA-Tests in den letzten Jahrzehnten die Begeisterung für die Genealogie boomt. Unternehmen verwenden Testergebnisse, um Hinweise auf die genetischen Verwandten der Verbraucher und ihre geografische Herkunft zu geben. Es gibt eine Vielzahl von Gründen, warum Menschen von der Ahnenforschung angezogen werden können, z. Eine der umfassenderen Lehren der Genealogie könnte sein, dass weit entfernte Menschen verwandt sind, als es den Anschein hat.


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Wie Menschen unsere eigene Evolution gestalten

Wie andere Arten sind wir das Produkt von Millionen von Jahren der Anpassung. Jetzt nehmen wir die Sache selbst in die Hand.

Illustrationen von Owen Freeman

Diese Geschichte erscheint in der April-Ausgabe 2017 des National Geographic Magazins.
Als ich den Cyborg Neil Harbisson in Barcelona traf, sah er aus wie jeder lokale Hipster, abgesehen von der schwarzen Antenne, die sich beeindruckend von seinem Hinterkopf über seinem blonden Haarschopf wölbt.
Es war Dezember, und Harbisson, 34, trug ein graues Hemd mit Reißverschluss unter einem schwarzen Cabanmantel und eine schmale graue Hose. In Belfast geboren und in Spanien aufgewachsen, hat er eine seltene Erkrankung namens Achromatopsie, bei der er keine Farben wahrnehmen kann. Seine Antenne, die in einem faseroptischen Sensor endet, der direkt über seinen Augen schwebt, hat das geändert.
Harbisson hatte nie das Gefühl, in einer schwarz-weißen Welt zu leben, sei eine Behinderung. „Ich sehe größere Entfernungen. Außerdem kann ich mir Formen leichter merken, weil mich Farben nicht ablenken“, erzählte er mir in seinem vorsichtigen, neutralen Englisch.
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Aber er war zutiefst neugierig, wie die Dinge auch in Farbe aussahen. Nach seiner Ausbildung zum Musiker hatte er in seinen späten Teenagerjahren die Idee, Farbe durch Klang zu entdecken. Nach einigen Low-Tech-Fehlstarts fand er mit Anfang 20 einen Chirurgen (der anonym bleibt), der bereit war, ein Gerät zu implantieren, eine kybernetische Verbesserung seines biologischen Selbst.
Der faseroptische Sensor nimmt die Farben vor ihm auf, und ein in seinen Schädel implantierter Mikrochip wandelt ihre Frequenzen am Hinterkopf in Schwingungen um. Diese werden zu Schallfrequenzen und verwandeln seinen Schädel in eine Art drittes Ohr. Er identifizierte meinen Blazer korrekt als blau und richtete seine Antenne auf seinen Freund Moon Ribas, eine Cyborg-Künstlerin und Tänzerin, und sagte, ihre Jacke sei gelb – sie war tatsächlich senfgelb, aber wie er erklärte, in Katalonien „wurden wir nicht erwachsen“. mit Senf.“

Als ich Harbisson fragte, wie der Arzt das Gerät befestigt habe, teilte er fröhlich die Haare am Hinterkopf, um mir den Eintrittspunkt der Antenne zu zeigen. Das rosafarbene Fleisch wurde von einer rechteckigen Platte mit zwei Ankern nach unten gedrückt. Ein verbundenes Implantat hielt den vibrierenden Mikrochip, und ein anderes Implantat war ein Bluetooth-Kommunikationshub, sodass Freunde ihm Farben über sein Smartphone senden konnten.
Die Antenne war für Harbisson eine Offenbarung. Die Welt ist jetzt aufregender für ihn. Im Laufe der Zeit, sagte er, habe sich der Input weder wie Sehen noch Hören, sondern wie ein Sechster Sinn angefühlt.

VOR 12.500 JAHREN: ENTWICKELT, UM IN HÖHEN HÖHEN ZU LEBEN Bis vor kurzem dachte man, unsere Spezies hätte in der Vergangenheit aufgehört, sich zu entwickeln. Unsere Fähigkeit, in das menschliche Genom zu blicken, hat gezeigt, dass sich unsere Biologie tatsächlich ständig an bestimmte Umgebungen anpasst. Die meisten von uns fühlen sich in der Hochgebirgsluft atemlos, weil unsere Lungen härter arbeiten müssen, um den reduzierten Sauerstoffgehalt dort aufzunehmen. Anden haben jedoch eine genetisch bedingte Eigenschaft, die es ihrem Hämoglobin ermöglicht, mehr Sauerstoff zu binden. Die tibetische und äthiopische Bevölkerung passten sich unabhängig voneinander an ihre Höhenlagen an, was zeigt, dass die natürliche Selektion uns auf verschiedene Wege führen kann, um das gleiche Ergebnis zu erreichen: das Überleben.

Der faszinierendste Teil der Antenne ist jedoch, dass sie ihm eine Fähigkeit verleiht, die der Rest von uns nicht hat. Er betrachtete die Lampen auf dem Dachdeck und spürte, dass die Infrarotlichter, die sie aktivierten, ausgeschaltet waren. Er warf einen Blick auf die Pflanzgefäße und konnte die ultravioletten Markierungen „sehen“, die zeigen, wo sich Nektar in der Mitte der Blüten befindet. Er hat nicht nur die normalen menschlichen Fähigkeiten erreicht, er hat sie übertroffen.
Er ist somit ein erster Schritt in Richtung des Ziels, das visionäre Zukunftsforscher schon immer hatten, ein frühes Beispiel für das, was Ray Kurzweil in seinem bekannten Buch The Singularity Is Near als „die enorme Erweiterung des menschlichen Potenzials“ bezeichnet. Harbisson wollte Kurzweils Traum nicht unbedingt voranbringen – seine Zukunftsvision ist mehr Wald als Silizium. Aber seit er der erste offizielle Cyborg der Welt wurde (er überredete die britische Regierung, ihm die Antenne auf seinem Passfoto tragen zu lassen, da es sich nicht um ein elektronisches Gerät, sondern um eine Erweiterung seines Gehirns handelte), ist er auch ein Bekehrer. Ribas folgte ihm bald in das, was manchmal Transhumanismus genannt wird, indem sie einen seismischen Monitor in ihrem Telefon mit einem vibrierenden Magneten in ihrem Oberarm verbinden ließ. Sie erhält Echtzeitberichte von Erdbeben, die es ihr ermöglichen, sich mit den Bewegungen der Erde verbunden zu fühlen und diese tänzerisch zu interpretieren. „Ich glaube, ich wurde eifersüchtig“, sagt sie.
„Wir werden alle Grenzen unserer Biologie überwinden“, versprach Kurzweil. „Das ist es, was es bedeutet, ein Mensch zu sein – zu erweitern, wer wir sind.“
Offensichtlich ist Harbissons Antenne nur ein Anfang. Aber sind wir auf dem Weg, unsere Entwicklung neu zu definieren? Bedeutet Evolution jetzt nicht nur das langsame Schleifen der natürlichen Selektion, die wünschenswerte Gene verbreitet, sondern auch alles, was wir tun können, um unsere Kräfte und die Kraft der Dinge zu verstärken, die wir herstellen – eine Vereinigung von Genen, Kultur und Technologie? Und wenn ja, wohin führt uns das?
VOR 8.000 JAHREN: AN EIN WÜSTENKLIMA ANGEPASST Die Wüste stellte die Bewohner von Sahul, dem Kontinent, der einst Australien, Neuguinea und Tasmanien vereinte, vor eine evolutionäre Herausforderung. Nachdem die Vorfahren der modernen Aborigines vor etwa 50.000 Jahren die Überfahrt nach Sahul gemacht hatten, entwickelten sie Anpassungen, die es ihnen ermöglichten, nachts und an Tagen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt oft über 100 Grad Fahrenheit zu überstehen. Eine genetische Mutation in einem stoffwechselregulierenden Hormon bietet diesen Überlebensvorteil insbesondere für Säuglinge, indem sie die überschüssige Energie moduliert, die bei steigender Körpertemperatur produziert wird.

Die konventionelle Evolution ist in unserer Spezies lebendig und wohlauf. Vor nicht allzu langer Zeit kannten wir die Zusammensetzung von nur einer Handvoll der etwa 20.000 Protein-kodierenden Gene in unseren Zellen, heute kennen wir die Funktion von etwa 12.000. Aber Gene sind nur ein winziger Prozentsatz der DNA in unserem Genom. Weitere Entdeckungen werden sicherlich kommen – und zwar schnell. Aus diesem Fundus an genetischen Informationen haben Forscher bereits Dutzende von Beispielen relativ neuer Evolution identifiziert. Anatomisch moderne Menschen wanderten vor 80.000 bis 50.000 Jahren aus Afrika aus. Unser ursprüngliches genetisches Erbe war für die warmen Klimazonen geeignet, in denen wir uns zuerst von frühen Homininen zu Menschen entwickelten, von Knöchelläufern zu Jägern und Sammlern. Aber seit dieser Zeit ist viel passiert, denn die Menschen haben sich auf der ganzen Welt ausgebreitet und die Anforderungen neuer Herausforderungen haben unsere genetische Ausstattung verändert.

Aktuelle Beispiele aus der Praxis für diesen Prozess gibt es zuhauf. Australische Aborigines, die in Wüstenklima leben, haben eine genetische Variante, die in den letzten 10.000 Jahren entwickelt wurde und es ihnen ermöglicht, sich leichter an extrem hohe Temperaturen anzupassen.Prähistorisch konnten die meisten Menschen wie andere Säugetiere Milch nur im Säuglingsalter verdauen – wir hatten Gene, die die Produktion des milchverdauenden Enzyms abstellten, als wir entwöhnt wurden. Aber vor etwa 9.000 Jahren begannen einige Menschen, Tiere zu hüten, anstatt sie nur zu jagen. Diese Hirten entwickelten genetische Veränderungen, die es ihnen ermöglichten, ihr ganzes Leben lang das entsprechende Enzym herzustellen, eine praktische Anpassung, wenn ihr Vieh ein vitaminreiches Protein produzierte.
In einem kürzlich erschienenen Artikel im Scientist schrieb John Hawks, ein Paläoanthropologe an der University of Wisconsin-Madison, wie beeindruckt er von der Geschwindigkeit sei, mit der das Gen verbreitet wurde: „bis zu 10 Prozent pro Generation. Sein Vorteil war enorm, vielleicht der stärkste, der für eine menschliche Eigenschaft der letzten Zeit bekannt ist.“
Ebenso kamen die Vorfahren aller Nicht-Afrikaner mit dunkler Hautfarbe aus Afrika. Tatsächlich sahen Forschern zufolge europäische und afrikanische Haut sogar vor 10.000 Jahren gleich aus. Aber im Laufe der Zeit entwickelten Menschen in dunkleren nördlichen Klimazonen weniger stark pigmentierte Haut, die dazu beitrug, die ultravioletten Strahlen der Sonne zu absorbieren und Vitamin D effizienter zu synthetisieren. Die Inuit Grönlands haben eine Anpassung, die ihnen hilft, die Omega-3-Fettsäuren in Fischen viel besser zu verdauen als der Rest von uns. Eine indigene Bevölkerung in der Nähe der argentinischen Stadt San Antonio de los Cobres hat sich entwickelt, um den hohen Arsengehalt, der natürlicherweise in ihrem Grundwasser vorkommt, trinken zu können.

Unsere frühen Vorfahren haben sich möglicherweise daran gewöhnt, auf zwei Beinen zu gehen, um lange Strecken effizient zurückzulegen und möglicherweise neue Arten von Nahrung zu finden.

ENTWICKLUNG MENSCHLICHER EIGENSCHAFTEN Symbole zeigen kulturelle und biologische Meilensteine ​​der menschlichen Evolution.

Evolution ist unerbittlich, wenn die Überlebenschance erhöht werden kann, sie findet einen Weg zur Veränderung – manchmal auf verschiedene Weise. Einige Bevölkerungsgruppen im Nahen Osten haben eine andere genetische Variation als die Nordeuropäer, um sie vor Laktoseintoleranz zu schützen. Und es gibt ein halbes Dutzend verschiedener genetischer Anpassungen, die Afrikaner vor Malaria schützen (eine hat den erheblichen Nachteil, dass sie auch eine Sichelzellenanämie verursacht, wenn die veränderte Form des Gens von beiden Elternteilen geerbt wird). In den letzten 50 Jahren haben Forscher eine Vielzahl von Anpassungen in Anden, Äthiopien und Tibetern entdeckt, die es ihnen ermöglichen, in großen Höhen effizienter zu atmen. Andenpopulationen behalten einen höheren Sauerstoffgehalt im Blut. Unter Tibetern gibt es Hinweise darauf, dass ein Gen durch Kreuzung mit Denisova-Menschen eingeführt wurde, einem mysteriösen Zweig der menschlichen Abstammungslinie, der vor Zehntausenden von Jahren ausgestorben ist. All diese Anpassungen geben indigenen Völkern, die in großen Höhen leben, einen Vorteil gegenüber dem benebelten Besucher, der nach Sauerstoff in der Bergluft schnappt.
Charles Darwin, der schon früh in der Entstehung der Arten war, tritt als Kampf hervor: „Die natürliche Auslese ist, wie wir später sehen werden, eine Macht, die unaufhörlich zum Handeln bereit ist und den schwachen Bemühungen des Menschen unermesslich überlegen ist, wie die Werke der Natur denen der Kunst sind. ” Das Buch wurde 1859 veröffentlicht. Stimmt das, was damals galt, heute noch? War das schon zu Darwins Lebzeiten wahr? Die biologische Evolution mag unerbittlich sein, und zwar geschickter als die genetische Evolution, die der Mensch mit der Kreuzung von Pflanzen und Tieren bewirken kann, aber wie wichtig ist sie, gemessen an den Anpassungen, die wir mit unserem Gehirn vornehmen können? Um den Paläoanthropologen Milford Wolpoff zu paraphrasieren: Wenn Sie reiten können, spielt es dann eine Rolle, ob Sie schnell laufen können?
In unserer heutigen Welt ist die Kultur und ihr waffenfähiger Cousin, die Technologie, der wichtigste Antrieb für den Fortpflanzungserfolg – ​​und damit für den evolutionären Wandel. Denn die Evolution ist der Geschwindigkeit und Vielfalt des modernen Lebens nicht gewachsen. Trotz allem, was die Evolution in der jüngsten Vergangenheit erreicht hat, denken Sie daran, wie schlecht wir uns an unsere Computerbildschirme und 24-Stunden-Zeitpläne, unsere salzigen Säcke mit Maischips und eine von Krankheitserregern erschöpfte Umgebung angepasst haben. Warum sind unsere inneren Uhren so starr? Warum kann unser scheinbar nutzloser Blinddarm, der uns einst bei der Grasverdauung geholfen haben könnte, nicht dazu übergehen, stattdessen Zucker abzubauen? Wenn die Humangenetik ein Technologieunternehmen wäre, wäre es bankrott gegangen, als die Dampfkraft aufkam. Sein Geschäftsplan sieht vor, dass ein Merkmal zufällig auftaucht und sich dann durch sexuelle Fortpflanzung ausbreitet.
Dies funktioniert bei Mäusen flink, die in drei Wochen einen neuen Wurf produzieren können, aber der Mensch geht langsamer vor und bringt nur alle 25 bis 35 Jahre oder so eine neue Generation hervor. Bei dieser Geschwindigkeit kann es Tausende von Jahren dauern, bis sich ein vorteilhaftes Merkmal in einer Population verbreitet. Angesichts der schwerfälligen Protokolle der genetischen Evolution ist es keine Überraschung, dass die Technologie sie abgelöst hat. Die Technologie erledigt heute viel von der gleichen Arbeit und das viel schneller, indem sie unsere körperlichen Fähigkeiten stärkt, unsere intellektuelle Reichweite vertieft und es uns ermöglicht, in neue und anspruchsvollere Umgebungen zu expandieren.
„Die Leute hängen an Darwin und DNA“, sagt George Church, ein Molekularingenieur mit einer gemeinsamen Anstellung an Harvard und MIT. „Aber die meiste Auswahl findet heute in Kultur und Sprache, Computern und Kleidung statt. In den alten Tagen, in den DNA-Zeiten, konnte sich eine ziemlich coole Mutation in hunderttausend Jahren in der Menschheit ausbreiten. Wenn Sie heute ein neues Mobiltelefon oder einen transformativen Herstellungsprozess haben, könnte es sich in einer Woche ausbreiten.“
HEUTE: TECHNOLOGIE VERSUS NATÜRLICHE AUSWAHL Wir großhirnigen Menschen haben viel getan, um die Kraft der natürlichen Auslese zu neutralisieren. Mit unseren Werkzeugen, unserer Medizin und anderen kulturellen Innovationen haben wir ein potenziell tödliches Rennen begonnen, das wir gegen einen hochentwickelten Superbug verlieren könnten. Angesichts der Geschwindigkeit, mit der wir Krankheiten auf der ganzen Welt verbreiten können, „befinden wir uns in einer neuen Ära der Pandemie und müssen jetzt Maßnahmen ergreifen, um sie zu stoppen“, sagt Kevin Olival, ein Krankheitsökologe bei der EcoHealth Alliance. Veränderungen durch Lebensraumzerstörung und Klimawandel bringen auch immer mehr Menschen mit Krankheitserregern in Kontakt, die zuvor von menschlichen Wirten isoliert wurden.

Allerdings ist das Bild komplizierter. Wie der Cyberpunk-Autor William Gibson betonte: „Die Zukunft ist bereits da. Es ist nur noch nicht gleichmäßig verteilt.“ Einige von uns leben in Churchs Welt des Jet-Reisens und der Ehe zwischen den Gesellschaften, der molekularen Medizin und der Gentherapie und scheinen auf eine Zeit zuzusteuern, in der unsere ursprüngliche genetische Ausstattung nur noch ein Entwurf ist, der korrigiert werden muss. Aber außerhalb der am weitesten entwickelten Teile der Welt ist DNA immer noch oft Schicksal.
Nicht alle Trends sind jedoch irreversibel. Es gibt Szenarien, in denen die natürliche Selektion auch für den Rest von uns wieder in den Mittelpunkt rückt. Bei einem weltweiten Krankheitsausbruch etwa nach dem Vorbild der großen Grippepandemie von 1918 hätten diejenigen mit einer Resistenz gegen den Erreger (wegen eines robusten Immunsystems oder schützender Bakterien, die einen solchen Erreger unschädlich machen könnten) eine einen enormen evolutionären Vorteil, und ihre Gene würden in nachfolgende Generationen übertragen, während der Rest von uns ausstarb.
Wir haben heute Medikamente zur Bekämpfung vieler Infektionskrankheiten, aber in letzter Zeit haben sich virulente Bakterien entwickelt, die auf Antibiotika nicht ansprechen. Jet-Reisen können einen Infektionserreger in ein oder zwei Tagen um die Welt schicken. Der Klimawandel könnte verhindern, dass kalte Temperaturen jedes Tier töten, das es trug, da der Winter möglicherweise einst die Flöhe getötet hat, die die Pest beherbergten.
Elodie Ghedin, Mikrobiologin an der New York University, sagt: „Ich weiß nicht, warum die Leute nicht mehr Angst haben.“ Sie und ich diskutierten das Beispiel von AIDS, an dem weltweit 35 Millionen Menschen gestorben sind, eine Zahl von Todesopfern, die ungefähr der Zahl der Pandemie von 1918 entspricht. Es stellt sich heraus, dass ein kleiner Prozentsatz der Menschen – nicht mehr als ein Prozent – ​​eine Mutation des Gens hat, die das Verhalten eines zellulären Proteins verändert, an das sich HIV, das Virus, das AIDS verursacht, anheften muss, was es für sie fast unmöglich macht sich anstecken zu lassen. Wenn Sie im New Yorker Greenwich Village leben und Zugang zu den besten antiviralen Medikamenten haben, entscheidet dies möglicherweise nicht, ob Sie leben oder sterben. Aber wenn Sie im ländlichen Afrika HIV-positiv sind, könnte es sehr gut sein.
Es gibt noch viele weitere Szenarien, durch die Gene wieder in den Mittelpunkt des menschlichen Dramas zurückkehren könnten. Chris Impey, Professor für Astronomie an der University of Arizona und Experte für Raumfahrt, sieht eine dauerhafte Marssiedlung zu Lebzeiten unserer Enkelkinder vor, die mit den 100 oder 150 Menschen bestückt ist, die notwendig sind, um eine genetisch lebensfähige Gemeinschaft zu bilden. Eine erste, kleinere Siedlungswelle sieht er noch näher: „Wenn Elon Musk Kleber schnüffelt, sagt er vielleicht 10 bis 15 Jahre“, sagt Impey, „aber 30 bis 40 erscheinen nicht so radikal.“ Sobald die Siedlung etabliert ist, fügt er hinzu: „Sie werden die natürlichen Evolutionsprozesse beschleunigen. Sie werden eine sehr künstliche und körperlich schwierige Umgebung haben, die den Rahmen der Reisenden oder Kolonisten auf ziemlich aggressive Weise prägt.“ Der optimale Erdling, der zum Mars wurde, wäre lang und schlank, sagt er, weil die Schwerkraft auf dem roten Planeten etwa ein Drittel der Kraft der Erde hat. Über Generationen hinweg können Wimpern und Körperbehaarung in einer Umgebung verblassen, in der Menschen nie direkt mit Staub in Berührung kommen. Impey sagt voraus – unter der Annahme, dass sich die Marsmenschen nicht mit terrestrischen Menschen gekreuzt haben – signifikante biochemische Veränderungen in „zehn Generationen, physische Veränderungen in Hunderten von Generationen“.
Ein menschliches Merkmal mit einer starken genetischen Komponente gewinnt weiter an Wert, umso mehr, als die Technologie dominanter wird. Der universelle Ehrgeiz der Menschheit bleibt größere Intelligenz. Kein anderes Attribut ist so wünschenswert, kein anderes so nützlich, so vielfältig in seinen Anwendungen, hier und auf jeder Welt, die wir uns vorstellen können. Es war für unsere Vorfahren in Afrika unverzichtbar und wird unseren Nachkommen auf dem Planeten, der den Stern Proxima Centauri umkreist, nützlich sein, sollten wir jemals dorthin gelangen. Über Hunderttausende von Jahren haben sich unsere Gene so entwickelt, dass sie unserem Gehirn immer mehr Ressourcen zur Verfügung stellen, aber die Wahrheit ist, wir können nie schlau genug sein.
HEUTE UND NAHE ZUKUNFT: DO-IT-YOURSELF-EVOLUTION Die Kombination der In-vitro-Fertilisation mit einem anderen Verfahren ermöglicht es uns, Embryonen auf Mutationen zu testen, die zu ernsthaften Erkrankungen führen können. Jetzt entwickeln wir leistungsstarke neue Gene-Editing-Tools, die eine vom Menschen gesteuerte Evolution bewirken könnten. Die meisten Forschungen befassten sich mit anderen Organismen – zum Beispiel mit dem Versuch, das Genom einer Mücke so zu verändern, dass das Insekt Zika oder Malaria nicht übertragen kann. Wir könnten die gleichen Techniken nutzen, um unsere Babys zu „designen“ – einfach um eine bevorzugte Haar- oder Augenfarbe zu wählen. Aber sollten wir? „Es gibt definitiv eine dunkle Seite“, sagt die Bioethikerin Linda MacDonald Glenn, „aber ich denke, das Plus an Menschlichkeit ist unvermeidlich. Wir sind von Natur aus Tüftler.“

Im Gegensatz zu unseren Vorfahren müssen wir möglicherweise bald nicht mehr auf die Evolution warten, um das Problem zu beheben. Im Jahr 2013 machten sich Nick Bostrom und Carl Shulman, zwei Forscher am Future of Humanity Institute der Oxford University, in einem Artikel für Global Policy daran, die sozialen Auswirkungen der Verbesserung der Intelligenz zu untersuchen. Sie konzentrierten sich auf die Embryonenselektion durch In-vitro-Fertilisation. Bei IVF können Eltern wählen, welcher Embryo implantiert werden soll. Nach ihren Berechnungen würde die Auswahl des „intelligentesten Embryos“ von 10 den IQ eines Babys um etwa 11,5 Punkte über dem Zufall erhöhen. Wenn eine Frau bereit wäre, sich intensiveren Hormonbehandlungen zu unterziehen, um die Eizellen schneller zu produzieren – „teuer und belastend“, wie die Studie mit Understatement feststellt – könnte der Wert steigen.
Der wirkliche Vorteil liegt jedoch im kumulierten Gewinn für die Nachkommen des Empfängers: Nach 10 Generationen könnte ein Nachkomme laut Shulman einen bis zu 115 Punkte höheren IQ genießen als sein Ur-Ur-Ur-Ur-Urgroßen -Ur-Ur-Ur-Großmutter. Wie er mir betonte, beruht ein solcher Nutzen auf äußerst optimistischen Annahmen, aber zumindest hätte der durchschnittliche Empfänger dieser genetischen Massage heute eine Intelligenz, die einem Genie gleichkommt. Die Verwendung embryonaler Stammzellen, die in nur sechs Monaten in Spermien oder Eizellen umgewandelt werden könnten, könnte laut dem Papier viel schnellere Ergebnisse liefern. Wer will zwei Jahrhunderte warten, um der Spross einer Genierasse zu sein? Shulman erwähnte auch, dass das Papier eine offensichtliche Tatsache ausgelassen habe: "In 10 Generationen wird es wahrscheinlich Computerprogramme geben, die selbst den leistungsstärksten Menschen auf der ganzen Linie übertreffen."
Es gibt jedoch einen unmittelbareren Einwand gegen dieses Szenario: Wir wissen noch nicht genug über die genetischen Grundlagen der Intelligenz, um dafür zu selektieren. Ein Embryo führt keine fortgeschrittene Berechnung durch, während ein anderer auf ganzen Zahlen festsitzt. In Anerkennung des Problems behaupten die Autoren, dass die Fähigkeit, eine „bescheidene kognitive Verbesserung“ auszuwählen, möglicherweise nur fünf bis zehn Jahre vergehen.
Auf den ersten Blick erscheint dies unwahrscheinlich. Die genetische Grundlage der Intelligenz ist sehr komplex. Intelligenz hat mehrere Komponenten, und sogar einzelne Aspekte – Rechenfähigkeit, räumliches Vorstellungsvermögen, analytisches Denken, ganz zu schweigen von Empathie – sind eindeutig multigenetisch und alle werden auch von Umweltfaktoren beeinflusst. Stephen Hsu, Vizepräsident für Forschung an der Michigan State University, der das Cognitive Genomics Lab am BGI (ehemals Beijing Genomics Institute) mitbegründete, schätzte in einem Artikel aus dem Jahr 2014, dass es ungefähr 10.000 genetische Varianten gibt, die wahrscheinlich einen Einfluss auf die Intelligenz haben. Das mag einschüchternd erscheinen, aber er sieht die Fähigkeit, mit so vielen Varianten umzugehen, fast schon hier – „in den nächsten 10 Jahren“, schreibt er – und andere glauben nicht, dass Sie alle beteiligten Gene kennen müssen, um eine intelligentere Auswahl zu treffen Embryonen. „Die Frage ist nicht, wie viel wir wissen oder nicht wissen“, sagt Church. „Es ist, wie viel wir wissen müssen, um etwas zu bewirken. Wie viel mussten wir über Pocken wissen, um einen Impfstoff herzustellen?“
Wenn Church und Hsu recht haben, werden wir bald das Einzige sein, was uns zurückhält. Vielleicht möchten wir Eugenik nicht an unseren eigenen natürlichen Genomen praktizieren. Doch werden wir pausieren? Wenn ja, wie lange? Eine neue Technologie namens CRISPR-Cas9 ist entstanden, die teilweise im Labor von Church entwickelt wurde und die Grenzen der menschlichen Neugier testen wird. CRISPR wurde erstmals 2013 getestet und ist ein Verfahren, mit dem schnell und genau ein Abschnitt der DNA-Sequenz aus einem Gen herausgeschnitten und ein anderes eingefügt wird. Was Forscher früher Jahre brauchten, dauert heute nur noch einen Bruchteil der Zeit. (Siehe „DNA-Revolution“ in der August 2016-Ausgabe von National Geographic.)
Bisher gab es keine so leistungsfähige Technologie zur Manipulation des menschlichen Genoms. Vergleichen Sie CRISPR und IVF. Bei IVF wählen Sie den gewünschten Embryo aus den Embryonen aus, die Ihnen die Natur zur Verfügung gestellt hat, aber was ist, wenn beispielsweise keiner der Embryonen in einem bestimmten Set ungewöhnlich intelligent ist? Reproduktion ist ein Miststück. Eine wahrscheinlich apokryphe Geschichte illustriert dies: Als die Tänzerin Isadora Duncan dem Dramatiker George Bernard Shaw vorschlug, ein Baby zusammen zu bekommen, damit es ihr Aussehen und seinen Verstand hat, soll er erwidert haben: „Aber was wäre, wenn es? hattest du deinen Verstand und mein Aussehen?“ CRISPR würde dieses Risiko beseitigen. Wenn IVF ein Menü bestellt, kocht CRISPR. Tatsächlich können Forscher mit CRISPR ein neues genetisches Merkmal direkt in die Eizelle oder das Sperma einfügen und so beispielsweise nicht nur ein einzelnes Kind mit Shaws Intelligenz und Duncans Aussehen hervorbringen, sondern eine endlose Rasse von ihnen.
Bisher wurden viele Experimente mit CRISPR an Tieren durchgeführt. Churchs Labor war in der Lage, das Verfahren zu verwenden, um Schweineembryonen umzugestalten, um ihre Organe für die Transplantation in den Menschen sicherer zu machen. Ein Kollege von Church, Kevin Esvelt vom MIT Media Lab, arbeitet daran, das Mausgenom so zu verändern, dass das Tier das Bakterium, das die Borreliose verursacht, nicht mehr aufnehmen kann. Ein dritter Forscher, Anthony James von der University of California, Irvine, hat Gene in die Anopheles-Mücke eingefügt, die sie daran hindern, den Malariaparasiten zu übertragen.
NAHE ZUKUNFT: SCIENCE FICTION WIRD REALITÄT Vor mehr als 50 Jahren prägten zwei Wissenschaftler das Wort „Cyborg“ für einen imaginären Organismus – teils Mensch, teils Maschine. Es schien Science-Fiction, aber heute haben rund 20.000 Menschen Implantate, die Türen öffnen können. Neil Harbisson, der Farben nur wahrnehmen kann, indem er sie in Töne umwandelt, die er durch eine in seinen Kopf implantierte Antenne hören kann, sieht eine deutlich verbesserte Zukunft durch die Erweiterung unserer Sinne mit einer solchen Technologie. „Nachtsicht“, sagt er, „würde uns die Fähigkeit geben, uns an die Umwelt anzupassen: uns selbst gestalten statt den Planeten. Die Gestaltung des Planeten schadet ihm.“

Ungefähr zur gleichen Zeit überraschten Forscher in China jedoch alle mit der Ankündigung, dass sie CRISPR bei nicht lebensfähigen menschlichen Embryonen verwendet hatten, um zu versuchen, den genetischen Defekt zu beheben, der Beta-Thalassämie, eine potenziell tödliche Blutkrankheit, verursacht. Ihr Versuch schlug fehl, brachte sie jedoch näher daran, einen Weg zur Behebung des Defekts zu finden. Inzwischen gibt es ein internationales Moratorium für alle Therapien, um vererbbare Veränderungen in menschlichen Genen vorzunehmen, bis sie sicher und wirksam sind. CRISPR ist keine Ausnahme.
Wird ein solcher Stopp von Dauer sein? Niemand, mit dem ich sprach, schien so zu denken. Einige verwiesen auf die Geschichte der IVF als Präzedenzfall. Es wurde zuerst als medizinisches Verfahren für ansonsten unfruchtbare Paare angepriesen. Bald war sein Potenzial zur Ausrottung verheerender genetischer Krankheiten klar. Familien mit Mutationen, die die Huntington- oder Tay-Sachs-Krankheit verursachten, verwendeten die Technik, um krankheitsfreie Embryonen auszuwählen, die die Mutter austragen konnte. Nicht nur dem zukünftigen Kind blieb viel Elend erspart, sondern auch seinem potenziellen Nachwuchs. Auch wenn dies im Kinderzimmer Gott spielte, erschien es vielen Menschen immer noch vernünftig. „Dass diese Art von Technologie verboten oder nicht verwendet wird“, bemerkt Linda MacDonald Glenn, Bioethikerin an der California State University in Monterey Bay, „bedeutet, dass die Evolution gutartig war. Dass es irgendwie positiv war. Oh Herr, das war es nicht! Wenn man an den Schmerz und das Leid denkt, das aus so vielen Fehlern entstanden ist, verwirrt es den Verstand.“
Als IVF bekannter wurde, breitete sich ihr akzeptierter Zweck von der Prävention von Krankheiten auf die Geschlechtsauswahl aus – vor allem in Asien, wo der Wunsch nach Söhnen überwältigend war, aber auch in Europa und Amerika, wo Eltern über die Tugenden des „Familienausgleichs“ sprechen. ” Offiziell ist der Trend zu nichtmedizinischen Anwendungen so weit. Aber wir sind die Spezies, die nie weiß, wann sie aufhören soll. „Ich habe mehr als einen IVF-Spezialisten mir sagen lassen, dass sie nach anderen wünschenswerten Merkmalen wie der gewünschten Augen- und Haarfarbe suchen können“, sagte mir Glenn. "Es wird nicht beworben, nur durch Mundpropaganda." Mit anderen Worten, ein grünäugiges, blondes Kind, wenn das Ihr Geschmack ist, könnte auf Nachfrage bereits Ihnen gehören.
CRISPR ist eine weitaus leistungsfähigere Technologie als IVF, mit einem weitaus größeren Missbrauchsrisiko, einschließlich der Versuchung, zu versuchen, eine Art genetisch perfektes Rennen zu entwickeln.Eine ihrer Entdeckerinnen, Jennifer Doudna, Professorin für Chemie und Molekularbiologie an der University of California, Berkeley, erzählte einem Interviewer von einem Traum, in dem Adolf Hitler gekommen war, um die Technik von ihr zu lernen, die ein Schweinegesicht trug. Sie hat mir kürzlich eine E-Mail geschickt, um mir mitzuteilen, dass sie immer noch hofft, dass das Moratorium von Dauer sein würde. Es würde unserer Gesellschaft Zeit geben, die beabsichtigten und unbeabsichtigten Folgen der Veränderung unseres eigenen Genoms zu erforschen, zu verstehen und zu diskutieren.
Auf der anderen Seite sind die potenziellen Vorteile der Anwendung von CRISPR auf den Menschen unbestreitbar. Glenn hofft zumindest zunächst auf „überlegte Diskussionen“, wie die Technik eingesetzt wird. „Was wird zur neuen Norm, wenn wir versuchen, uns selbst zu verbessern?“ Sie fragt. „Wer setzt die Messlatte und was bedeutet Verbesserung? Sie können Menschen verbessern, um sie klüger zu machen, aber ist klüger gleich besser oder glücklicher? Sollten wir die Moral verbessern? Und was bedeutet das?"
Viele andere Wissenschaftler glauben nicht, dass jeder warten wird, um es herauszufinden, sobald sich CRISPR als sicher erwiesen hat, werden ethische Fragen zurücktreten, genau wie bei der IVF. Church ist der Meinung, dass dies immer noch den Punkt verfehlt: Die Schleusen sind bereits offen für genetisches Reengineering – CRISPR ist nur ein Tropfen auf den heißen Stein. Er stellt fest, dass bereits 2.300 Gentherapie-Studien laufen. Letztes Jahr behauptete die CEO eines Unternehmens namens BioViva, einige der Auswirkungen des Alterns in ihrem eigenen Körper mit Injektionen aus einer Gentherapie, die ihr Unternehmen entwickelt hatte, erfolgreich rückgängig gemacht zu haben. „Sicher“, stellt Church fest, „ist die Umkehrung des Alterns genauso hilfreich wie alles andere, worüber wir gesprochen haben.“ Mehrere Gentherapie-Studien für Alzheimer sind ebenfalls im Gange. Diese werden wahrscheinlich keine Einwände hervorrufen, da sie eine verheerende Krankheit behandeln sollen, aber wie Church betont, „alle Medikamente, die zur Vorbeugung von Alzheimer wirken, werden wahrscheinlich auch zur Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten beitragen, und sie werden bei Erwachsenen fast per Definition wirken. ” Im Februar 2016 bröckelte die Grenze etwas mehr, als die unabhängige Fruchtbarkeitsbehörde des Vereinigten Königreichs einem Forschungsteam die Erlaubnis erteilte, CRISPR zu verwenden, um die Mechanismen von Fehlgeburten mit menschlichen Embryonen zu untersuchen (alle Embryonen, die in den Experimenten verwendet wurden, werden letztendlich zerstört – es werden keine Schwangerschaften auftreten). .
Church kann das nächste Kapitel kaum erwarten. „DNA wurde durch die kulturelle Evolution im Staub gelassen“, sagt er, „aber jetzt holt sie auf.“
FERN ZUKUNFT: KÖNNEN MENSCHEN SICH AN DEN ROTEN PLANETEN ANPASSEN? Eine große evolutionäre Abweichung von der menschlichen Norm erfordert, dass eine Bevölkerung Tausende von Jahren isoliert ist – auf der Erde unwahrscheinlich. Aber es ist möglich, dass wir eine kleine Siedlung auf dem Mars haben, bevor ein halbes Jahrhundert vergeht. Dann würde eine größere Gemeinschaft entstehen – 100 bis 150 Menschen, mit Mitgliedern im gebärfähigen Alter, um ihre Zahl zu erhalten und zu erhöhen. Könnten wir uns zu idealen Marsmenschen entwickeln? Der Raumfahrtexperte Chris Impey, Professor für Astronomie an der University of Arizona, sieht eine Marskolonie voraus, unter der Wissenschaftler natürliche Evolutionsprozesse beschleunigen könnten. Körper würden als Reaktion auf eine Atmosphäre mit weniger als 40 Prozent der Erdanziehungskraft groß und dünn und in einer kontrollierten Umgebung, in der kein Staub vorhanden ist, haarlos.

Unsere Körper, unser Gehirn und die Maschinen um uns herum könnten eines Tages, wie Kurzweil vorhersagt, zu einer einzigen massiven gemeinsamen Intelligenz verschmelzen. Aber wenn die natürliche Evolution eines gezeigt hat, dann, dass es viele Wege zum selben Ziel gibt. Wir sind das Tier, das unaufhörlich an unseren eigenen Grenzen herumbastelt. Die Evolution der Evolution verläuft auf mehreren parallelen Straßen. Welche wunderbaren Fähigkeiten uns CRISPR in 10 Jahren auch bieten mag, viele Menschen wollen oder brauchen jetzt. Sie folgen dem Beispiel von Neil Harbisson. Anstatt hinauszugehen und die Technologie zu erobern, bringen sie sie in sich selbst ein.
Die Medizin ist bei diesen Anwendungen immer der Vorreiter, denn der Einsatz von Technologie, um jemanden gesund zu machen, vereinfacht komplizierte moralische Fragen. Hunderttausende Parkinson-Kranke weltweit tragen Implantate – sogenannte Hirnschrittmacher –, um die Symptome ihrer Krankheit zu kontrollieren. Künstliche Netzhaut für einige Arten von Blindheit und Cochlea-Implantate für Hörverlust sind üblich. Das Geld des Verteidigungsministeriums finanziert über die Forschungsabteilung des Militärs, die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), einen Großteil dieser Entwicklung. Mit diesen Mitteln testet ein Labor am Center for Neural Engineering der University of Southern California Chipimplantate im Gehirn, um verlorene Erinnerungen wiederherzustellen. Das Protokoll könnte eines Tages auf Alzheimer-Patienten und solche angewendet werden, die einen Schlaganfall oder ein Schädel-Hirn-Trauma erlitten haben. Letztes Jahr an der University of Pittsburgh war ein Proband in der Lage, über einen Computer elektrische Impulse von seinem Gehirn zu übertragen, um einen Roboterarm zu steuern und sogar zu spüren, was seine Finger berührten. Dass die Verbindung des menschlichen Gehirns mit einer Maschine einen unvergleichlichen Kämpfer hervorbringen würde, ist bei DARPA nicht verloren gegangen. „Alles dort hat einen doppelten Zweck“, sagt Annie Jacobsen, deren Buch The Pentagon’s Brain solche Bemühungen aufzeichnet. „Man darf nicht vergessen, dass die Aufgabe von DARPA nicht darin besteht, Menschen zu helfen. Es geht darum, ‚riesige Waffensysteme der Zukunft‘ zu schaffen.“
Menschliche Verbesserungen müssen keine übermenschlichen Kräfte verleihen. Hunderte von Menschen haben in ihren Körpern integrierte Radiofrequenz-Identifikationsgeräte (RFID), die es ihnen ermöglichen, ihre Türen zu öffnen oder sich an ihren Computern anzumelden, ohne etwas zu berühren. Ein Unternehmen, Dangerous Things, behauptet, 10.500 RFID-Chips sowie Do-it-yourself-Kits verkauft zu haben, um sie unter der Haut zu installieren. Die Leute, die sie kaufen, nennen sich Body Hacker oder Grinder.
Kevin Warwick, ein emeritierter Professor für Ingenieurwissenschaften an den Universitäten Reading und Coventry in England, war 1998 der erste, dem ein RFID-Gerät in seinen Körper implantiert wurde computergesteuerte Schlösser und automatische Sensoren für Temperatur und Licht: Er wollte so intelligent sein wie das Gebäude, in dem er untergebracht war. „Es war in Ordnung, ein Mensch zu sein“, sagte Warwick 2002 einer britischen Zeitung. „Ich habe sogar einiges davon genossen. Aber ein Cyborg zu sein hat noch viel mehr zu bieten.“ Einem anderen Schleifer wurde ein Ohrstöpsel ins Ohr implantiert. Er möchte einen Vibrator unter sein Schambein implantieren und ihn über das Netz mit anderen mit ähnlichen Implantaten verbinden.
Es ist einfach, solche Dinge zu karikieren. Die Praktizierenden erinnerten mich an die ersten Männer, die versuchten zu fliegen, mit langen, von Federn gesäumten Paddeln. Aber als ich Harbisson bat, mir zu zeigen, wo seine Antenne in seinen Schädel eindrang, wurde mir etwas anderes klar. Ich war mir nicht sicher, ob die Frage angemessen war. In Philip K. Dicks Roman träumen Androiden von elektrischen Schafen? (das Buch, aus dem der Film Blade Runner wurde) gilt es als unhöflich, nach den Mechanismen zu fragen, die einen Androiden antreiben. „Nichts könnte unhöflicher sein“, meint der Erzähler. Aber Harbisson wollte mir unbedingt zeigen, wie seine Antenne funktioniert. Er erinnerte mich daran, wie glücklich die Leute ihre neuen Smartphones oder Fitnesstracker vorführen. Ich begann mich zu fragen, was eigentlich der Unterschied zwischen Harbisson und mir war – oder jedem von uns.
Nielsen berichtete im Jahr 2015, dass der durchschnittliche Erwachsene über 18 ungefähr 10 Stunden am Tag damit verbracht hat, auf einen Bildschirm zu schauen. (Im Vergleich dazu verbringen wir täglich 17 Minuten mit Sport.) Ich erinnere mich noch an die private Telefonnummer meines besten Freundes aus meiner Kindheit, aber nicht mehr an die Nummern meiner guten Freunde. (Dies trifft auf sieben von zehn Personen zu, laut einer in Großbritannien veröffentlichten Studie.) Sieben von zehn Amerikanern nehmen ein verschreibungspflichtiges Medikament ein, jede vierte Frau zwischen 40 oder 50 nimmt ein Antidepressivum ein, obwohl Studien zeigen, dass für einige von ihnen kann alles von der Therapie bis zum kurzen Waldspaziergang genauso viel Gutes tun. Virtual-Reality-Headsets sind eines der meistverkauften Gamer-Spielzeuge. Unsere Autos sind unsere Füße, unsere Taschenrechner sind unser Verstand und Google ist unser Gedächtnis. Unser Leben ist jetzt nur noch teilweise biologisch, ohne klare Trennung zwischen dem Organischen und dem Technologischen, dem Kohlenstoff und dem Silizium. Wir wissen vielleicht noch nicht, wohin wir gehen, aber wir sind bereits dort, wo wir waren.

Wie jede andere Spezies sind wir das Produkt von Millionen von Jahren der Evolution. Jetzt nehmen wir die Sache selbst in die Hand.
D. T. Max ist ein New Yorker Mitarbeiter und Autor von The Family That Couldn’t Sleep: A Medical Mystery. Owen Freeman ist ein Illustrator aus Los Angeles. Seine Kunstwerke umfassen Wissenschaft, Geschichte, Unterhaltung und aktuelle Ereignisse. Der Künstler Álvaro Valiño, dessen Arbeiten in verschiedenen National Geographic-Publikationen erschienen sind, hat die Ikonen dieser Geschichte geschaffen.


Ursprünge von SARS-CoV-2

Eine Reihe von Leuten hat sich an mich gewandt und die Behauptung in Frage gestellt, die ich seit Anfang 2020 mache, dass “ der wahrscheinlichste Ausgangspunkt der Coronavirus-Krise ein versehentliches Leck aus einem der chinesischen Virologieinstitute in Wuhan ist” (siehe hier .) CNN-Interview, dieser Newsweek-Editorial, dieser WSJ-Editorial, dieser Der Hügel Editorial, dieses zweite Newsweek-Editorial, dieses Toronto Sun Q&A, dieses Fox-Interview, dieses Joe Rogan-Interview, dieses 60-Minuten-Segment (auch hier verlinkt), dies Der Hügel Leitartikel, dieses Fox-Interview, dieses CNN-Interview, das Die Zeiten Leitartikel, dieses Interview mit Amanpour & Co, dieses Paris-Spiel Interview und an vielen, vielen, vielen anderen Orten) . Wie in diesem Forbes-Profil erwähnt (“Jamie Metzl… war einer der ersten in Washington – als ehemaliger hochrangiger Mitarbeiter von Bill Clinton und dem damaligen Senator Joe Biden –, der sagte, dass das neue SARS-Coronavirus wahrscheinlich ein Wuhan-Labor war Escapee”), dieses CBS News-Interview und dieses FOX-Interview (“Jamie Metzl war im letzten Jahr vielleicht die führende internationale Persönlichkeit, die argumentiert, dass ein versehentliches Leck aus diesem Labor der wahrscheinlichste Ursprung der Pandemie ist” ), und hier stelle ich diese Behauptung seit Januar 2020 konsequent vor. Obwohl ich als “der COVID-19-Whistleblower der Ursprünge” bezeichnet wurde, war ich nicht der einzige, der diese Behauptungen von Anfang an aufstellte. Tragischerweise war die Zahl der ernsthaften, unparteiischen Experten, die dies taten, winzig. Ich werde weiterhin für eine umfassende Untersuchung kämpfen, bis dieses Thema die ihm gebührende Aufmerksamkeit erhält und eine glaubwürdige Untersuchung durchgeführt wird.

Lass mich deutlich sein. Obwohl ich glaube, dass ein Laborvorfall der wahrscheinlichste Ursprung der Pandemie ist, ist dies nur eine Hypothese. Dass diese Pandemie von einem zoonotischen Sprung in freier Wildbahn herrühren könnte, ist ebenfalls eine Hypothese, obwohl bisher nur sehr wenige Beweise für diese Hypothese aufgetaucht sind. Wenn ich die Beweise für jede Möglichkeit vergleiche, scheint mir der Fall für einen Laborvorfall wesentlich stärker zu sein. Zusätzliche Beweise könnten das immer ändern. Deshalb ist mein wesentliches Argument, dass wir eine vollständige und uneingeschränkte internationale wissenschaftliche und forensische Untersuchung aller COVID-19-Ursprungshypothesen mit vollem Zugang zu allen relevanten Aufzeichnungen, Proben und Schlüsselpersonal benötigen. Es ist für uns alle ein Affront, dass keine solche Untersuchung durchgeführt wurde oder derzeit geplant ist. Wir schulden allen, die an COVID-19 gestorben sind, allen Menschen, die ihre Angehörigen und ihren Lebensunterhalt verloren haben, und zukünftigen Generationen eine gründliche, unvoreingenommene und uneingeschränkte Untersuchung darüber, wie die Tragödie begann und sich entwickelt hat.

Eine kleine, entschlossene und jetzt wachsende Gemeinschaft von Menschen auf der ganzen Welt macht diese Behauptung ebenfalls auf, und ich habe mich sehr gefreut zu sehen, dass sich die Laborleck-Hypothese Anfang 2021 von einer Verschwörungstheorie zu einer Anerkennung für das entwickelt hat, was sie ist war schon immer — eine sehr reale Möglichkeit. Wie Sie vielleicht wissen, war ich Mitorganisator und leitender Verfasser von drei offenen Expertenbriefen zu den Ursprüngen von COVID-19, die in großen Medien auf der ganzen Welt ausführlich vorgestellt wurden. Diese offenen Briefe wurden am 4. März, 7. April und 30. April 2021 veröffentlicht.

Angesichts der Tatsache, wie sehr sich das Gespräch im Laufe des Jahres 2021 durch all unsere Arbeit verändert hat, ist es wichtig, sich daran zu erinnern, wie die vorherrschende Erzählung für das gesamte Jahr 2020 und Anfang 2021 war, dass diese Pandemie aus einem zoonotischen Sprung vom Tier zum Menschen stammte in der Wildnis. Obwohl dies eine mögliche Hypothese bleibt, wurde die andere höchst mögliche Hypothese —, dass die Pandemie von einem versehentlichen Laborvorfall herrührte, von der chinesischen Regierung aggressiv und unfair untergraben, wie zu erwarten, aber auch von führenden westlichen Wissenschaftlern, wissenschaftlichen Zeitschriften wie The Lancet und Nature und westliche Mainstream-Medien, wie wir es vielleicht nicht tun. Mein Der Hügel und Die Zeiten Leitartikel sagen mehr dazu. Trotz dieser Fortschritte bleiben wichtige Fragen.

Obwohl es sicherlich möglich ist, dass das SARS=CoV-2-Virus kleine Änderungen aufwies (z gültig sein. Das Virus oder ein Vorläufer davon hätte leicht in einem der Wuhan-Labors gesammelt, isoliert und kultiviert werden können. Im letzteren Fall hätten die serielle Passage und die sogenannte “-Funktionsgewinn-Forschung die “natürliche” Evolution des Virus zu einer größeren Pathogenität ohne jegliche Genom-Editierung vorantreiben können. Auch hier handelt es sich nur um hochinformierte Schlussfolgerungen, die auf öffentlich verfügbaren Informationen und meiner Anwendung von Occams Rasiermesser (und mathematischen Wahrscheinlichkeiten) basieren. Ich habe keine definitive Möglichkeit, diese These zu beweisen, aber die Beweise sind meiner Meinung nach äußerst überzeugend. Wenn ich gezwungen wäre, das Vertrauen meiner Hypothese zu zweifeln, würde ich sagen, dass die Pandemie mit einer Wahrscheinlichkeit von 85 % mit einem versehentlichen Leck aus dem Wuhan Institute of Virology (oder Wuhan CDC) begann und mit einer Wahrscheinlichkeit von 15 %, dass sie in einem anderen Fall begann Weise (der Fairness halber, hier ist ein Artikel, der für einen Zoonose-Sprung “in the wild”) plädiert. Wenn China weiterhin eine vollständige und uneingeschränkte internationale forensische Untersuchung der Ursprünge der Pandemie verhindert, halte ich es für fair, Peking den Vorteil des Zweifels zu verweigern. Sollten wir in freier Wildbahn ein Virus finden, das eindeutig ein SARS-CoV-2-Vorläufervirus ist, vielleicht mit einer genetischen Ähnlichkeit von 99,9 %, wäre dies ein starkes Argument für die Zoonose-in-the-Wild-Hypothese.

Der Zweck dieses Beitrags ist es, die Beweise und meine Ansichten zu präsentieren, damit die Leser zu ihren eigenen Schlussfolgerungen kommen können. Falls mir weitere Beweise fehlen, lassen Sie es mich bitte wissen. Ich habe keine andere politische Agenda, als herauszufinden, warum so viele Menschen auf der ganzen Welt an COVID-19 gestorben sind und wie wir die Lehren aus dieser Katastrophe ziehen können, um die nächsten zu verhindern. Was wir brauchen und unabhängig von unserer Nationalität oder politischen Überzeugung alle fordern sollten, ist eine vollständige und uneingeschränkte internationale forensische Untersuchung der Ursprünge von COVID-19 mit vollem Zugang zu allen relevanten Daten, Laboraufzeichnungen, biologischen Proben und Personen in China und darüber hinaus. Dieser grundlegenden Frage auf den Grund zu gehen, sollte ein uneingeschränktes und unvoreingenommenes, datengesteuertes Unterfangen sein. Während der Zugang zu wesentlichen Informationen verweigert wird, sind wir gezwungen, spekulativer zu sein, als wir es sonst tun würden.

Da im Folgenden viel Material zu verarbeiten ist, lassen Sie mich kurz zusammenfassen, was ich für das wahrscheinlichste Szenario halte.

  • Im Jahr 2012 wurden sechs Bergleute, die in einer von Fledermäusen befallenen Kupfermine in Südchina (Provinz Yunnan) arbeiteten, mit einem Fledermaus-Coronavirus infiziert. Alle entwickelten Symptome genau wie COVID-19-Symptome. Drei von ihnen starben.
  • Virusproben, die dem Bergmann von Yunnan entnommen wurden, wurden zum Wuhan Institute of Virology gebracht, dem einzigen Biosicherheitslabor der Stufe 4 in China, das auch Fledermaus-Coronaviren untersuchte.
  • Das WIV hat mit ziemlicher Sicherheit an diesen und einer Reihe verwandter und anderer Proben (die sich von der Gentechnik der Viren unterscheiden) Forschungen zum Funktionsgewinn durchgeführt. Chimäre Viren wurden wahrscheinlich in diesem Prozess entwickelt. Es hat nie eine vollständige und öffentliche Abrechnung darüber gegeben, welche Viren im WIV-Beispielsatz und in der Datenbank enthalten sind, und Schlüsselelemente der Datenbank wurden offline genommen oder gelöscht.
  • Angesichts der engen Beziehungen der chinesischen Volksbefreiungsarmee (PLA) bei der Entwicklung und dem Bau des Wuhan-Instituts für Virologie ist von einer Verbindung zwischen der PLA und der WIV auszugehen.
  • Ende 2019 trat das Virus SARS-CoV-2 in Wuhan auf. Der nächste bekannte Verwandte dieses Virus ist das RaTG13-Virus, das aus der Yunnan-Mine entnommen wurde, in der die Bergleute infiziert worden waren. (RaTG13 ist mit ziemlicher Sicherheit nicht das Rückgratvirus für SARS-CoV-2.)
  • Die genetische Ähnlichkeit zwischen dem RaTG13-Virus und SARS-CoV-2 legt nahe, dass SARS-CoV-2 oder ein eng verwandtes Rückgratvirus aus der Mojiang-Mine entnommen und zum WIV gebracht worden sein könnte (weshalb die WIV-Datenbanken und Laboraufzeichnungen verschwunden sind sind so kritisch).
  • Es ist auch plausibel, dass SARS-CoV-2 zu den Viren gehört haben könnte, die sich in einem anderen Virus im WIV-Repository befinden oder von einem anderen Virus stammen.
  • Im frühesten bekannten Stadium des Ausbruchs war das Virus bereits sehr gut an menschliche Zellen angepasst.
  • In den kritischen ersten Wochen nach dem Ausbruch arbeiteten die Behörden von Wuhan aggressiv daran, die Whistleblower zum Schweigen zu bringen und Beweise zu vernichten, die sich als belastend erweisen könnten.
  • Als sich die Pekinger Behörden etwas später einmischten, standen sie wahrscheinlich vor der Wahl, die Wuhan-Behörden zu beschuldigen und tatsächlich die Schuld für das zu übernehmen, was sich schnell als großes globales Problem herausstellte, oder in die Kurve zu gehen und alles zu vertuschen . Ich glaube, sie haben sich wahrscheinlich für die zweite Option entschieden.
  • Die chinesische Regierung setzte sich dann massiv bei der WHO ein, um zu verhindern, dass die WHO COVID-19 zum internationalen Notfall erklärte, und hinderte die Ermittler der WHO fast einen Monat lang an der Einreise nach China.
  • Ende Januar 2020 wurde Generalmajor der Volksbefreiungsarmee, Chen Wei, mit der Eindämmungsbemühungen in Wuhan beauftragt. Diese Rolle beinhaltete die Aufsicht über die WIV, die zuvor als zivile Institution galt. General Chen ist Chinas bester Experte für biologische Waffen. Vorwürfe, dass die PLA im WIV verdeckte zivil-militärische Forschungen zu Fledermaus-Coronaviren durchführte, sind nicht bewiesen.
  • Die chinesischen Behörden haben große Anstrengungen unternommen, um Beweise zu vernichten und jeden in China zum Schweigen zu bringen, der in der Lage sein könnte, Beweise über die Ursprünge von COVID-19 vorzulegen.
  • Obwohl angesichts der chinesischen Verschleierung nichts völlig schlüssig sein kann, deutet das anhaltende Fehlen jeglicher aussagekräftiger Beweise für eine zoonotische Übertragungs- und Mutationskette in freier Wildbahn und die Anhäufung anderer Beweise meiner Meinung nach zunehmend auf ein versehentliches Laborleck hin, da der wahrscheinlichste Ursprung von COVID-19. Angesichts des Ausmaßes, in dem China von der Entdeckung von Beweisen für eine Übertragung in freier Wildbahn profitieren würde, können wir davon ausgehen, dass die chinesischen Behörden alles tun, um diese Art von Beweisen erfolglos zu finden. Dieses Versagen würde erklären, warum chinesische Beamte kürzlich mit wenig glaubwürdigen Beweisen damit begonnen haben, zu behaupten, dass der Ausbruch außerhalb Chinas begann.
  • Vor diesem Hintergrund wird nur eine vollständige und uneingeschränkte internationale forensische Untersuchung der Ursprünge der Pandemie mit vollständigem Zugang zu allen Proben, Laborakten, Wissenschaftlern, Gesundheitsbehörden usw. ausreichen.
  • Die Gewährleistung der gründlichsten und qualitativ hochwertigsten Untersuchung aller möglichen Hypothesen ist und sollte in unserem Interesse liegen, einschließlich des Interesses der chinesischen Regierung und des chinesischen Volkes.

Ich möchte klarstellen, dass ich ein Progressiver bin, der daran glaubt, schwierige Fragen zu stellen und die Wahrheit zu suchen. Ich versuche in keiner Weise, mich mit Aktivitäten zu unterstützen, die als unfair, unehrlich, nationalistisch, rassistisch, bigott oder in irgendeiner Weise voreingenommen angesehen werden könnten. Ich glaube auch, dass, was auch immer die ursprünglichen Gründe für den Ausbruch waren, der Grund, warum so viel mehr Amerikaner an COVID-19 gestorben sind als die meisten anderen, das katastrophale Versagen der Trump-Administration, effektiv zu reagieren.

Wie ich in meinem Newsweek-Artikel argumentierte:

So wie wir uns nicht vorstellen können, einen Flugzeugabsturz zu haben und nicht sofort herauszufinden, was passiert ist, können wir die COVID-19-Krise nicht entfalten lassen, ohne dringend zu verstehen, wie unsere Systeme so spektakulär versagt haben. Es gibt viele Finger, auf die wir zeigen können, und wir müssen sie jetzt zu unserem eigenen Besten nachdenklich auf uns alle zeigen. Soweit wir wissen, könnte eine neue und noch schlimmere Pandemie beginnen, noch bevor wir diese überwunden haben… Bis wir all diesen Fehlern auf den Grund gehen und daran arbeiten, sie zu beheben, bleiben wir gefährlich anfällig für die nächste Pandemie… Was auch immer Ursprünge des Ausbruchs, einschließlich der Möglichkeit eines versehentlichen Lecks aus dem chinesischen Virologielabor in Wuhan, sind Chinas gefährliche und anhaltende Aktivitäten zur Informationsunterdrückung die Grundlage dieser Krise. Wir müssen schnell herausfinden, wo und wie dieser Ausbruch begann&8230 Die WHO hätte die Hölle loswerden können, als China in diesen kritischen frühen Wochen den Zugang zu WHO-Experten verweigerte, die chinesische Propaganda zunächst nicht nachplappern musste und sicherlich früher Alarm schlagen hätte können. Wir müssen uns fragen, wie wir der WHO helfen können, es besser zu machen. Die Vereinigten Staaten hatten bis Januar alle Informationen, die sie brauchten, um eine massive Reaktion zu erzielen, aber Trump untergrub aktiv die Erkenntnisse seiner eigenen Geheimdienst- und Gesundheitsbehörden. Schlimmer noch, er gab dem amerikanischen Volk Fehlinformationen weiter, die möglicherweise zu vielen Tausenden von Todesfällen führten. Wir müssen uns fragen, warum das passiert ist… Bis wir all diesen Fehlern auf den Grund gegangen sind und daran arbeiten, sie zu beheben, bleiben wir gefährlich anfällig für die nächste Pandemie… Wir sind alle im selben Flugzeug mit einem gemeinsamen Interesse daran, es nicht zu tun Lassen Sie es abstürzen… Lassen Sie uns zusammenarbeiten, um das Flugzeug sicher zu landen.

Obwohl ich nicht unbedingt alle Behauptungen in jedem dieser Dokumente zuschreibe, umfassen meine Quellen:

  • Diese Naturmedizin-Studie
  • Dieser Artikel im Bulletin of the Atomic Scientists
  • Dieses Lancet-Stück
  • Dieser Artikel der Washington Post
  • Dieses The Diplomat Editorial
  • Der Naturartikel
  • Diese Projektnachweisseite
  • Diese Zellstudie
  • Diese Science Direct-Studie
  • Dieser Bericht der New York Times
  • Dieser Newsweek-Artikel
  • Dieser Artikel der Washington Post
  • Diese Daily Telegraph-Geschichte
  • Dieser Guardian-Artikel
  • Dieser Bloomberg-Artikel
  • Diese Geschichte der Asia Times
  • Diese NBC News-Geschichte
  • Dieses New Yorker Stück
  • Dieser NPR-Bericht
  • Dieser E-PAI-Bericht (Elektronisch verfügbare öffentliche Informationen)
  • Dieses BioRxiv-Forschungspapier vor der Veröffentlichung
  • Dieses atlantische Stück
  • Dieser National Review-Artikel
  • Diese Associated Press-Geschichte
  • Dieser Nerd hat Powerpost
  • Dieser Naturartikel
  • Dieses Telegraph-Stück
  • Dieses QRB Discovery-Manuskript
  • Dieses Bulletin of the Atomic Scientists Leitartikel
  • Dieser Artikel im Bulletin of the Atomic Scientists
  • Dieser Artikel von Independent Science News
  • Dieser Daniel Lucey Blogbeitrag
  • Dieser Wissenschaftsartikel
  • Dieser Artikel von Independent Science News
  • Dieser Wiley-Preprint-Aufsatz
  • Dieser Wiley-Preprint-Brief
  • Dieses Zellwirt- und Mikrobenpapier
  • Dieser Artikel zu Frontiers in Public Health
  • Dieser Unherd-Beitrag
  • Diese New York Times-Geschichte
  • Dieses BioEssays-Papier
  • Dieses BioEssays-Papier
  • Dieser PNAS-Meinungsartikel
  • Dieser Artikel der New York Times
  • Dieser Daily Mail-Artikel
  • Dieser Associated Press-Artikel
  • Dieses Papier zur quantitativen Biologie
  • Dieser Artikel aus dem New Yorker Magazin
  • Dieser Leitartikel zur Naturmedizin
  • Dieser Artikel zur französischen Kultur
  • Dieser Leitartikel des Wall Street Journal
  • Dieser Telegraph-Editorial
  • Leitartikel der Washington Post
  • Diese Frontline-Dokumentation
  • Dieses Wissenschaftspapier
  • Dieses Papier über die Zukunft der Virologie
  • Dieser Leitartikel von Environmental Chemistry Letters
  • Dieser Newsweek-Artikel
  • Dieser SCMP-Artikel
  • Dieser Unherd-Beitrag
  • Dieses JLE-Papier
  • Dieser Artikel im Wandel der Zeiten
  • Dieser Artikel im Bulletin of the Atomic Scientists
  • Dieser Artikel des Journal of Virology
  • Dieser Wissenschaftsbrief
  • Dieser unabhängige Panelbericht
  • Dieser unabhängige Science News-Kommentar
  • Dieser mittlere Beitrag
  • Dieser Artikel der Washington Post
  • Dieser UnHerd-Beitrag
  • Dieser FactCheck.org-Beitrag
  • Diese Zeitleiste der Washington Post
  • Dieser Newsweek-Artikel
  • Dieser Vanity Fair-Artikel
  • Dieser mittlere Beitrag
  • Dieser ProPublica-Artikel

Ich bin sehr offen für andere Perspektiven und freue mich über weitere Informationen. Wenn Sie etwas haben, das Sie für relevant halten, würde ich mich freuen, wenn Sie es weitergeben. Ich bin nicht mit einem bestimmten Ergebnis verbunden, außer dass ich so tief wie möglich verstehe, was schief gelaufen ist und wie wir es beheben können.

Wie ich bereits öffentlich erklärt habe, “ Auch wenn das Coronavirus ein versehentliches Leck aus einem Wuhan-Labor ist, sind wir alle eine miteinander verbundene Menschheit, die zusammenarbeiten muss, um diese Krise zu überwinden.” Ich bin der Ansicht, dass chinesische Forscher an diese Institute untersuchten diese Viren mit den besten Absichten, Überwachungssysteme, Behandlungen und Impfstoffe zum Wohle der Menschheit zu entwickeln. Länder machen Fehler, sogar schreckliche und tödliche. Ich war im Weißen Haus, als die USA die chinesische Botschaft in Belgrad bombardierten. Wir hielten es für einen Unfall, aber viele Chinesen hielten es für eine absichtliche Tat. Ich habe verstanden, warum.

Momente wie diese sind von Natur aus schwierig und wir alle sollten unser Bestes geben, um die Antworten auf unsere wichtigsten Fragen so ehrlich, sorgfältig und überlegt wie möglich zu finden.

Wir müssen auch alles in unserer Macht Stehende tun, um die Kapazitäten für Überwachung, Reaktion, Behandlung, Impfstoffentwicklung und öffentliche Gesundheit aufzubauen, die wir brauchen, um uns alle sicher zu machen. COVID-19 war eine schreckliche Katastrophe, aber es könnte in Zukunft sehr viel Schlimmeres geben.

In diesem Sinne habe ich diese Zusammenfassung der verfügbaren Evidenz zusammengestellt. Da China den Zugang zu den relevanten Daten und Personen immer noch einschränkt, bleibt der Fall notgedrungen spekulativ.


NS. GESETZ UND GENEDITIERUNG

Die Regulierung neu entstehender Technologien kann direkt oder indirekt durch Normen in verschiedenen Rechtsgebieten erfolgen. Gleiches gilt auch für die Gen-Editierung. Dieser Abschnitt konzentriert sich auf zwei Arten von miteinander verbundenen Rechtsfragen mit praktischen Auswirkungen auf die zukünftige Ausrichtung und Entwicklung der Technologie. Zuerst, gehen wir ausgewählten Fragen der Regulierung der Technologie im engeren Sinne nach, d. h. der Festlegung von Regeln, inwieweit, wie, von wem und unter welchen Bedingungen Gen-Editierung erlaubt sein soll. In diesem Sinne betrachtet dieser Abschnitt den zugrunde liegenden Rechtsrahmen auf der Grundlage internationaler und europäischer Grundrechte und beleuchtet auch konkrete Beispiele von Regeln und Vorschriften. Sekunde, werden wir Fragen der Patentierbarkeit von Gen-Editierung und die aktuellen Streitigkeiten um den Besitz der CRISPR-CAS9-Technologie untersuchen.

Wie wir argumentieren werden, sind diese beiden Fragen miteinander verbunden und haben weitreichende praktische Auswirkungen, die über rechtstheoretische Debatten hinausgehen. Das Patentrecht hat mittelbare Regulierungswirkung und ist in diesem Sinne mit Regulierungsbemühungen als solchen verbunden. Als eine Art Anreiz- und Belohnungsstruktur ist die beabsichtigte Funktion des Patentrechts, ausgewogene Anreize und Belohnungen zu bieten, um sicherzustellen, dass Investitionen in Innovationen attraktiv genug sind, damit ein stetiger Fluss nutzbringender neuer Produkte und Verfahren entwickelt und der Gesellschaft zur Verfügung gestellt wird. In diesem Sinne verneint die Anwendung einer Ausnahme von der Patentierbarkeit den Nutzen dieses Anreizes für eine bestimmte Erfindung. Patentfähigkeitsnormen haben jedoch auch eine weitergehende symbolische Regulierungswirkung, die die Reichweite der Ablehnung einer Patenterteilung über die geprüfte Erfindung und sogar über das Patentsystem hinaus erweitert. Beispielsweise könnte eine Verweigerung der Gewährung aus moralischen Gründen zu einer Kettenreaktion führen, bei der die verschiedenen Arten von Anreizen für Innovationen und Investitionen in den betreffenden Forschungsbereichen insgesamt verringert werden.

Die Anwendung solcher Normen auf Patentanmeldungen zur Gen-Editierung ist de facto ein wirksames politisches Instrument. Darüber hinaus können Streitigkeiten über Patentrechte auch eine abschreckende Wirkung auf Investitionen haben und die Markteinführung von sozial vorteilhaften Innovationen verzögern. Aufgrund der Bedeutung der Technologie und des möglichen „Blockierungseffekts“ laufender Patentstreitigkeiten entstehen alternative privatrechtliche Mechanismen, die hier in Betracht gezogen werden. Diese sollen solche Effekte minimieren und den Einsatz und die Weiterentwicklung der Technologie unabhängig vom Ausgang der Patentkriege.

IV. A. Menschenrechte: ein Dachrahmen für die Regulierung

Internationale Verträge und Konventionen begründen Verpflichtungen der Unterzeichnerstaaten zu ihrer Aufnahme und Integration in die entsprechenden nationalen Rechtsordnungen. Das nationale Recht muss diese Verpflichtungen respektieren und entsprechend anwenden. In diesem Sinne bieten Menschenrechtsnormen Orientierung und dienen als Plattformen für die Harmonisierung nationaler Gesetzgebungs- und Rechtsprechungsentwicklungen und bilden die Grundlage eines internationalen Dachrahmens für Regulierung. Die Organisation der Vereinten Nationen für Bildung, Wissenschaft und Kultur (UNESCO) hat drei gentechnikrelevante Erklärungen abgegeben.

Die Allgemeine Erklärung zum Humangenom und den Menschenrechten 61 erklärte das menschliche Genom zum symbolischen „Erbe der Menschheit“. 62 Artikel 24 beauftragt das Internationale Bioethik-Komitee (IBC) der UNESCO, „Beratung in Bezug auf die Weiterverfolgung dieser Erklärung zu geben, insbesondere in Bezug auf die Identifizierung von Praktiken, die der Menschenwürde zuwiderlaufen könnten, wie z. B. Keimbahninterventionen“. 63 Es stellt als solches kein Verbot dar, weist aber darauf hin, dass die Keimbahnintervention sehr umstritten ist. Ein zentraler Punkt der Debatte liegt in der Dual-Use Ausgabe. Auf der einen Seite steht die Angst vor eugenischen Praktiken, auf der anderen kollidiert das Verbot des Zugangs zu therapeutischen Interventionen mit dem Recht auf Gesundheit. Die Wahl der Verbform „könnte sein“ weist auf einen fehlenden internationalen Konsens hin und dass die Frage, ob eine Keimbahnintervention die Menschenwürde verletzen könnte, keine geschlossene Debatte ist. Wie die IBC kürzlich erkannt hat, erfordern die rasanten Entwicklungen in der Genetik eine kontinuierliche Reflexion und Neuinterpretation dieser Prinzipien. 64 In diesem Sinne ist die Internationale Erklärung zu humangenetischen Daten 65 bekräftigt erneut eine breite Konstruktion des Persönlichkeitsbegriffs. Respekt vor Vielfalt, Nichtdiskriminierung, Nichtstigmatisierung und Autonomie sind anerkannte Folgen der Achtung der Menschenwürde. 66 Das menschliche Genom zum Erbe der Menschheit zu erklären, sollte nicht bedeuten, die Menschheit auf ihre biologische Dimension zu reduzieren. Die UNO erkennt an, dass „die Identität einer Person nicht auf genetische Merkmale reduziert werden sollte, da sie komplexe erzieherische, umweltbezogene und persönliche Faktoren sowie emotionale, soziale, spirituelle und kulturelle Bindungen mit anderen umfasst und eine Dimension der Freiheit beinhaltet“. 67 Es erkennt die kontinuierliche Evolution des menschlichen Genoms und epigenetische Phänomene an. Das menschliche Genom entwickelt sich von Natur aus und befindet sich in ständiger Mutation. Genetisches Potenzial wird „je nach natürlichem und sozialem Umfeld jedes Einzelnen unterschiedlich ausgedrückt, einschließlich des Gesundheitszustands, der Lebensbedingungen, der Ernährung und der Bildung des Einzelnen“. 68

Die Allgemeine Erklärung zu Bioethik und Menschenrechten 69 sollte „einen universellen Rahmen von Prinzipien und Verfahren bereitstellen“, um Staaten, Unternehmen und andere öffentliche oder private Akteure bei der Formulierung von Gesetzen, Richtlinien, Regeln und Maßnahmen im Bereich der Bioethik zu leiten. 70 Sie begründet den Vorrang der Einzelinteressen vor den Interessen von Wissenschaft und Gesellschaft 71 und weiht den Grundsatz der Nutzenmaximierung und Schadensminimierung für den Betroffenen. 72 Autonomie, Einwilligung nach Aufklärung und Datenschutz sind ebenfalls erwähnte und weiterentwickelte Prinzipien. 73 Nichtdiskriminierung, Gerechtigkeit, soziale Verantwortung und Vorteilsausgleich sind erklärte kollektive Ziele der Menschheit, die sowohl von Staaten als auch von privatrechtlichen Akteuren zu verfolgen sind. Auch der Schutz künftiger Generationen vor den „Einflüssen der Life Sciences“ einschließlich der Auswirkungen auf ihre genetische Konstitution wird als Ziel festgelegt, 74 ebenso wie der Schutz der Umwelt, der Biosphäre und der Biodiversität. 75 In Bezug auf die Geneditierung ist der Primat des individuellen Interesses ein interessantes Prinzip. Sie erlaubt Argumente für die Unanwendbarkeit von prohibitiven Regelungen im Interesse individueller Grundrechte wie Gesundheit, persönliche Überzeugungen und Autonomie. Dass die Erklärung auch als Richtschnur für das Handeln von Unternehmen und anderen nichtstaatlichen Akteuren (öffentlich oder privat) dienen soll, ist von großer Bedeutung. Sie ist ein erster Schritt zur Etablierung internationaler Verhaltens- und Verantwortungsmuster unabhängig von der nationalen Umsetzung oder in Fällen, in denen die Zuständigkeit schwierig zu bestimmen ist.

Vor kurzem hat die IBC eine aktualisierte Bericht über das Humangenom und die Menschenrechte, 76, die ein Moratorium für die Genom-Editierung der menschlichen Keimbahn empfiehlt. Als Begründung nennt der Bericht Sicherheits- und ethische Bedenken 77 und gibt abschließende Empfehlungen ab. Erstens bekräftigt sie die Bedeutung globaler Verantwortung und Governance in Bezug auf wissenschaftliche und technologische Fortschritte in der Genomik. 78 Regierungen und ein breites Spektrum von Interessengruppen sind aufgerufen, ihre Kräfte zu bündeln, um zu vermeiden, dass das Gesetz von Angebot und Nachfrage bestimmen kann, was akzeptabel ist oder nicht. Sie befürwortet auch eine gemeinsame globale Standardsetzung und Regulierung79 und die Bedeutung der Einbeziehung der wissenschaftlichen und bioethischen Gemeinschaft in die globale Debatte. Vielleicht noch kontroverser erklärt der Bericht, dass „die Vereinten Nationen […] verantwortlich sein sollten, grundlegende normative Entscheidungen zu treffen“ und dass das Vorsorgeprinzip respektiert und Entscheidungen geleitet werden sollte. 80 Schließlich heißt es in dem Bericht, dass „der Unterschied zwischen der medizinischen und der nichtmedizinischen Nutzung der neuen Technologie nach wie vor entscheidend ist“. Verbesserungstechniken sollten die Menschenrechte und die Würde respektieren und dem Vorsorgeprinzip gehorchen. Gesundheitsschutz und Anwendungen der Gesundheitsversorgung, etwa durch Präzision und personalisierte Medizin, sollten als Inhalt des Grundrechts eines jeden Menschen auf das erreichbare Höchstmaß an Gesundheit betrachtet werden. 81

In der Vergangenheit haben nationale Gesetzgeber und Richter die UN-Menschenrechtsnormen und -prinzipien mit erheblichen Unterschieden umgesetzt und interpretiert. Weitere regionale internationale Rechtsquellen und die Verfassungen/Grundgesetze jedes Landes schaffen einen zusätzlichen Hintergrund für spezifische technologische Regulierung.

Die Übereinkommen des Europarats über Biomedizin 82 befasst sich in Artikel 13 mit genetischer Veränderung und besagt, dass:

Ein Eingriff zur Veränderung des menschlichen Genoms darf nur zu präventiven, diagnostischen oder therapeutischen Zwecken vorgenommen werden und nur dann, wenn er nicht darauf abzielt, das Genom eines Nachkommens zu verändern.

Auf den ersten Blick enthält diese Norm ein absolutes Verbot aller nicht-therapeutischen Eingriffe, einschließlich therapeutischer Eingriffe, die zukünftige Generationen betreffen. Der Wortlaut der Konvention, insbesondere der Ausdruck und nur, wenn das Ziel darin besteht, keine Veränderungen im Genom irgendwelcher Nachkommen einzuführen kann eine andere Lesart unterstützen. Es könnte auch so interpretiert werden, dass ein Eingriff zu medizinischen Zwecken ermöglicht wird, selbst wenn dies eine Veränderung der an Nachkommen weitergegebenen Körperzellen zur Folge haben kann. Dies wäre der Fall bei einer genetischen Intervention, die dazu bestimmt ist, eine Mutation zu korrigieren, eine schwere genetisch übertragbare Erkrankung zu verhindern oder zu bestrahlen. Das direkte Ziel wäre therapeutisch, mit eventueller Veränderung oder Verbesserung zukünftiger Generationen in dieser Familie ein Nebeneffekt. Die Akzeptanz würde von der Abwägung des medizinischen Nutzens gegen die Risiken des Verfahrens und der Berücksichtigung der verfügbaren therapeutischen Alternativen für den Einzelnen abhängen. Der erläuternde Bericht zur Oviedo-Konvention 83 , der interpretativen Wert hat, 84 betont, dass das Hauptziel und die allgemeine Auslegungsleitlinie der Konvention darin besteht, „die Würde und Identität aller Menschen zu schützen“, 85 verstanden als der Schutz der biologischen und genetischen Identität der Art 86 und inspiriert vom Prinzip des Primats des Menschen. 87 Dieser Grundsatz wird wohl insofern eingehalten, als das Ziel der Gen-Editierung darin besteht, genetische Mutationen zu verhindern oder zu korrigieren, die für sich genommen eine Bedrohung für die Integrität und Zukunft der menschlichen Identität darstellen. 88 Die Verfasser der Konvention profitierten nicht von den aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen, die es ermöglichen, sich potenzielle therapeutische Anwendungen vorzustellen. Die Verfasser waren sich dieser Tatsache bewusst, diskutierten die Möglichkeit, Ausnahmen zu schaffen, und kamen zu dem Schluss, dass dies verfrüht sei, und betonten daher konsequent die Notwendigkeit, Artikel 13 nach einer bestimmten Zeit zu überprüfen, um eine zukünftige Gentherapie nicht auszuschließen. 89 Die in den Artikeln 31 und 32 der Wiener Konvention 90 erwähnten Auslegungselemente völkerrechtlicher Verträge sprechen für einen weniger wörtlichen Auslegungsansatz. Spätere Fortschritte in Wissenschaft und Gesellschaft bieten neue Perspektiven für die Rechtsauslegung, wenn die Relevanz des wörtlichen und historischen Elements durch eine dynamische Rechtsauslegung gemildert wird.

Die EU-Charta der Grundrechte umfasst im Bereich der Bioethik relevante Grundrechte der „dritten Generation“. 91 Die Charta richtet sich bei der Umsetzung des EU-Rechts an die Organe und Einrichtungen der EU sowie an die nationalen Behörden. Außerhalb dieser Prämissen ist der Schutz der Grundrechte durch die nationalen Verfassungsnormen und -traditionen der Mitgliedstaaten und die von ihnen ratifizierten internationalen Konventionen gewährleistet. Artikel 3 weiht ein persönliches Recht auf Achtung der körperlichen und geistigen Unversehrtheit, insbesondere in den Bereichen Medizin und Biologie, „das Verbot eugenischer Praktiken, insbesondere solcher, die auf die Auswahl von Personen abzielen“ und „das Verbot des reproduktiven Klonens“. des Menschen'. 92 Artikel 3 sollte in Verbindung mit Artikel 35 gelesen werden, der „das Recht auf Zugang zur Gesundheitsvorsorge und das Recht auf ärztliche Behandlung unter den durch die innerstaatliche Gesetzgebung und Praxis festgelegten Bedingungen“ festlegt. Daher gibt es kein direktes Verbot von Keimbahnveränderungen. Der Vertrag verbietet lediglich eugenische Praktiken, während die Gesundheitsvorsorge ausdrücklich unter das Recht auf Gesundheit fällt.Die Unterscheidung zwischen Eugenik und Präventivmedizin muss in einem spezifischen EU-Rechtsrahmen verankert und in nationalen Normen entwickelt werden.

Die hier untersuchten internationalen Menschenrechtsprinzipien und -normen befassen sich mit Themen wie dem Schutz der menschlichen genetischen Identität, der biologischen Vielfalt und dem Umweltschutz. Die genetische Intervention wirft aus mehreren Gründen moralische Einwände auf. Eines der Hauptargumente weist auf die moralische Unzulässigkeit und die biologischen Gefahren von Versuchen hin, die menschliche Natur zu verändern. Die Verteidigung der biologischen Integrität der Art oder des gemeinsamen genetischen Erbes der Menschheit wurde aus dem Bereich der Theologie und Philosophie übernommen und ist in die internationale Menschenrechtsarena eingetreten. Ausgangspunkt war eine statische Vision der Humanbiologie und die Unterscheidung zwischen „natürlich“ und „technologisch“. Kontraintuitiv ist diese Unterscheidung wissenschaftlich nur schwer zu treffen. Wie kürzlich in einem National Academies Report erwähnt, „ist das menschliche Genom nicht vollständig „menschlich“, da es Neandertaler- und Denisova-DNA umfasst. […] Es existiert auch nicht in einem einzigen, statischen Zustand. […] Es gibt kein einziges menschliches Genom, das von der gesamten Menschheit geteilt wird.“ 93 Da außerdem Keimbahnveränderungen nur auf Nachkommen übertragen werden, sind nachteilige Auswirkungen auf die Populationsgröße unwahrscheinlich und würden viele Generationen dauern.

In Bezug auf die Gen-Editierung von Tieren und Pflanzen, sei es für Laborzwecke, industrielle Produktionszwecke oder die Freisetzung in die Umwelt, kann die Technologie ethische Fragen in Bezug auf den ethischen Umgang mit Tieren aufwerfen, die mit den Werten der Erhaltung der biologischen Vielfalt und „natürlicher“ Ökosysteme in Konflikt geraten und Menschenrechtsanliegen im Zusammenhang mit dem Recht auf Gesundheit. Dies ist auf die Wahrnehmung potenzieller Gesundheitsrisiken zurückzuführen, die mit der Einführung von bearbeiteten Organismen in die Nahrungskette und der Entwicklung gefährlicher Bakterien- und Virenströme verbunden sind.

Dieser Grundrechtsrahmen bildet den Hintergrund für die Regulierung der Wissenschaft. Im nächsten Abschnitt betrachten wir die bestehenden Regeln für wissenschaftliche Aktivitäten in den USA, der EU und Großbritannien und fragen, ob diese angepasst werden müssen, um gen-Editing-spezifische Besonderheiten und Möglichkeiten zu adressieren.

IV.B. Anwendung bestehender Vorschriften auf die Gen-Editierung

Der rasante Fortschritt in der Gen-Editing-Technologie hat Gesetzgeber und Regulierungsbehörden auf der ganzen Welt dazu veranlasst, herauszufinden, wie oder wenn überhaupt, diese Fortschritte und die sich daraus ergebenden Anwendungen zu regulieren. Wie in vielen anderen Technologiebereichen stehen die Anwendungen der Gen-Editierung in Pflanzen und Medizin im Fokus der sich daraus ergebenden Debatten. Die Debatten um die Gen-Editierung sind an der Spitze der verunsicherten Debatten in Europa gelandet. Bereiche der Technologieregulierung, in denen die Auslegung von Regeln Gegenstand heftiger juristischer und gesellschaftlicher Auseinandersetzungen ist. In diesem Abschnitt haben wir zwei wichtige Bereiche des regulatorischen Handelns ausgewählt, um unsere Analyse zu fokussieren. Zunächst werden wir uns mit der Frage der rechtlichen Charakterisierung gentechnisch veränderter Pflanzen und der möglichen Anwendbarkeit von Vorschriften über gentechnisch veränderte Organismen befassen. Zweitens werden wir kurz den Einsatz von Gen-Editing-Technologie in einem medizinischen und veterinärmedizinischen Umfeld betrachten.

IV.B.a. Gen-editierte Pflanzen GMO 2.0 oder etwas anderes?

Ein Großteil der Kritik an GVO und ein Großteil der vor 20-30 Jahren entwickelten Regulierung konzentrierten sich auf Transgenetik, bei der genetisches Material von nicht verwandten Arten hinzugefügt wird, um neue Merkmale in einer Pflanze oder einem Tier zu schaffen. Neuere Züchtungstechniken (NBT) bieten Wissenschaftlern jedoch eine einfachere Möglichkeit, cisgene Züchtung durchzuführen. Vereinfacht gesagt beinhalten diese Techniken keine „fremde“ DNA und ermöglichen so die Entwicklung neuer Pflanzen- und Tierarten. 94 Die daraus resultierende Herausforderung für die aktuelle Gesetzgebung lässt sich wie folgt beschreiben: NBTs wie CRISPR/Cas9, TALENs und ZFN passen nicht genau in die GVO-Definitionen der verschiedenen Regulierungsbehörden weltweit. Ihre Befürworter sagen, dass die Gen-Editierung der Mutagenese ähnlich ist, die nicht reguliert wird (Hunderte von mutagenisierten Pflanzen werden als biologisch verkauft), aber schneller und präziser. Der Regulierungsprozess bleibt fließend.

Die Notwendigkeit einer neuen Regulierung der Gen-Editing-Technologie in den Pflanzenwissenschaften wird in der Europäischen Union besonders diskutiert und ist offensichtlich. Die Verwaltungsbehörden einiger EU-Länder betrachten gentechnisch veränderte Pflanzen nicht als GVO-Definition. Zum Beispiel das Schwedische Landwirtschaftsamt (Jordbruksverket) hat auf Anfrage von Forschungsgruppen und in zwei getrennten Entscheidungen erklärt, dass die GVO-rechtliche Definition nach ihrer Auslegung keine Pflanzen umfasst, deren Genom mit der CRISPR-Cas9-Technologie bearbeitet wurde. 95 In Frankreich ist in einem Verfahren gegen Bauernorganisationen und Umweltschützer-NRO bei der französischen Regierung derzeit eine Vorlage beim EuGH anhängig. 96 Die Befassung soll den Begriff GVO in den Richtlinien 2001/18/EG 97 und 2002/53/EG klären und klären, ob die Verwendung von Gen-Editing-Technologien unter diese Rechtsverteidigung subsumiert werden kann. 98

Die Angelegenheit wird auch in anderen Rechtsordnungen diskutiert. Im April 2016 hat das US-Landwirtschaftsministerium (USDA) beschlossen, einen Pilz und eine neue Maissorte, die mit dem Gen-Editing-Tool CRISPR/Cas9 genetisch verändert wurden, nicht zu regulieren der US-Regierung. Nach Angaben des Tier- und Pflanzengesundheitsinspektionsdienstes der Agentur gelten diese Pflanzen – und etwa 30 andere Pflanzen, die sie überprüft haben – nicht als etwas, das die Agentur regulieren muss (sobald eine Ernte die USDA-Überprüfungen besteht, kann sie immer noch einer freiwilligen Überprüfung durch die US-Lebensmittelbehörde unterzogen werden und Arzneimittelverwaltung). 99 Biotechnologie-Kritiker in den USA haben NBTs daher als „versteckte GVO“ und Beispiele für „Extreme Engineering“ bezeichnet und drängen darauf, sie unter einem allgemeinen GVO-Dach zu regulieren, während Biotechnologie-Befürworter behaupten, dass ihre Regulierung als GVO Innovation hemmen würde. 100

Somit lässt sich festhalten, dass sowohl aktuelle EU-Richtlinien als auch entsprechende US-Gesetze die neue Schnittstelle zwischen Gentechnik und konventioneller Züchtung nicht ausreichend berücksichtigen. Obwohl die Richtlinie 2001/18/EG sowohl verfahrens- als auch produktbezogene Vorgaben umfasst, wird sie gemeinhin als streng verfahrensbezogene Rechtsvorschrift interpretiert. 101 Da diese neuen Techniken der konventionellen Züchtung näher sind als der herkömmlichen Gentechnik, argumentieren viele europäische Kommentatoren wie ihre US-Kollegen, dass relevante Vorschriften mit mehr Fokus auf das resultierende Produkt und nicht auf den Prozess formuliert und interpretiert werden sollten, und dass rechtliche Leitlinien zur Bewerbung die jahrzehntealte Gesetzgebung ist dringend erforderlich“. 102

Da Wissenschaftler und Unternehmen in der Regel international agieren und die Entwicklung von Regulierungen zu Gen-Editing und NBT auf globaler Ebene mit mehreren Hürden und Ungereimtheiten konfrontiert ist, hat eine Studie die aktuelle EU-Gesetzgebung mit bestehenden Rahmenbedingungen in anderen Ländern verglichen und Ideen für ein alternatives Regulierungssystem diskutiert. 103 Die neueste Version dieser Studie, die im Juni 2015 veröffentlicht wurde, ergab, dass die nächsten Jahre den Regulierungsstatus von NBTs in Ländern außerhalb der EU bestimmen werden. In diesem Zusammenhang betonte die Studie, dass „mehrere Länder sich in unterschiedlichen Stadien der Überprüfung der Wissenschaft hinter NBTs und ihres regulatorischen Status befinden in diesem Wartespiel“. Die Zurückhaltung einiger Länder, diese Themen zu diskutieren, hängt mit politischen und wirtschaftlichen Fragen zusammen. Da NBTs praktisch nicht auffindbar sind, kann die Zulassung ihrer Verwendung zu generellen De-facto-Ausfuhrverboten in Länder mit restriktiveren Vorschriften führen. Daher sollte das Thema auf globaler Ebene von Initiativen zur Regulierung des internationalen Handels, wie der Welthandelsorganisation, diskutiert werden. 104 Schließlich ist bemerkenswert, dass NBT auch das Zusammenspiel zwischen den Systemen für den Sortenschutz und den Patenten in Frage stellen (siehe unten in Abschnitt IV.D.d).

IV.B.b. Medizinische und veterinärmedizinische Anwendungen

Auch im Bereich der medizinischen Anwendung am Menschen stellt die Gentechnik eine enorme Herausforderung an die weltweit bestehenden Regularien. Gene Editing bietet beispiellose Möglichkeiten für die Präventivmedizin, indem es die Möglichkeit bietet, genetische Mutationen zu korrigieren und angeborene Krankheiten auszurotten. 105 Schließlich wird die Gen-Editing-Technologie ein sicheres Niveau erreichen, das klinische Anwendungen ermöglicht. In diesem Fall müssten Länder, die erwägen, eine solche präventive medizinische Intervention zuzulassen, die Notwendigkeit in Betracht ziehen, einen globalen Konsens zu bilden, „weil das Denken über Keimbahn-Genmodifikation ethische, soziale und evolutionäre Überlegungen für die gesamte Menschheit beinhaltet“.’. 106

Zum Beispiel hat die jüngste Ankündigung der Gen-Editierung in nicht lebensfähigen Embryonen 107 eine Flut von Kritik ausgelöst, Ängste vor einer eugenischen Zukunft geschürt und die Debatte um Human Enhancement neu entfacht. Wie bereits erwähnt, haben zwei verschiedene Gruppen hochkarätiger Wissenschaftler ein Moratorium für die Bearbeitung von Keimbahngenomen gefordert und argumentiert, dass die Forschung, die erbliche Änderungen des menschlichen Genoms hervorruft, nicht fortgesetzt werden darf, bis die Risiken besser verstanden sind. 108 In ähnlicher Weise Europäische Gruppe für Ethik der Naturwissenschaften und der neuen Technologien (EGE) ausgestellt a Stellungnahme zur Gen-Editierung betont, dass für „einige Mitglieder der EGE die Genveränderung der menschlichen Keimbahn zu Fortpflanzungszwecken ethisch nicht gerechtfertigt werden kann“ und dass sie daher „die Aufrechterhaltung des Verbots fordern, das unter anderem Artikel 3 der EU-Charta wegen der verschwimmenden Grenzen zwischen Grundlagen- und angewandter Forschung fordern einige auch ein Moratorium für jegliche Grundlagenforschung mit Genveränderung der menschlichen Keimbahn, bis der regulatorische Rahmen an die neuen Möglichkeiten angepasst ist.“ 109 Die Stellungnahme weist dann aber auch darauf hin, dass es für „andere Mitglieder der EGE durchaus erwägungswürdige Positionen geben kann, die eine Fortsetzung der Forschung rechtfertigen würden“. Aufgrund der unterschiedlichen Ansichten fordern sie dann eine breite öffentliche Debatte und fordern die EU-Kommission auf, eine EGE-Stellungnahme zu „den untrennbar verbundenen ethischen, wissenschaftlichen und regulatorischen Fragen im Zusammenhang mit der Keimbahn- und somatischen Zellgenmodifikation“ anzufordern. 110

Diese Ansicht wird auch von einer aktuellen Studie geteilt, die weiterhin – wie bei NBTs – eine enorme weltweite Diversität an Einstellungen und sehr unterschiedliche Gesetzgebungen zur Gentechnik beim Menschen feststellt, wie z Zellforschung, Forschungsklonen und reproduktives Klonen. 111 Die Autoren betonen, dass sich die öffentliche Akzeptanz ändern kann, wenn die Vorteile der Genom-Editierung für die Krankheitsprävention sichtbar werden, und dass die Summe individueller Entscheidungen eine De-facto-Politik darstellen könnte. 112 Die Autoren weisen jedoch darauf hin, dass „die Aufgabe, Richtlinien für die Akzeptanz (wenn überhaupt) von Keimbahninterventionen zu erlassen, mehr ist als nur die Anpassung von Richtlinien an individuelle Genome oder Umstände“. 113

Umgekehrt sind in den USA die oben erwähnten kürzlichen Bericht der Nationalen Akademien empfiehlt, dass klinische Studien mit erblicher Keimbahn-Genom-Editierung zugelassen werden sollten und dass die behördlichen Zulassungsanforderungen das Fehlen einer angemessenen alternativen Prävention einer schweren Krankheit oder eines schweren Zustands sowie glaubwürdige Daten zu Sicherheit und Effizienz umfassen sollten. 114

Um diesen Bedenken Rechnung zu tragen, ist eine gründliche Überprüfung der Regulierungsrahmen erforderlich. In diesem Zusammenhang sollte den sich ändernden Nutzungsmustern von Technologie Aufmerksamkeit geschenkt werden, da „die Anwendung normativer Systeme nur auf traditionelle hierarchische soziale Strukturen zunehmend eine beträchtliche Anzahl relevanter Akteure übersehen wird und neue Wege zur Einbindung von Technologienutzern in moralische Gemeinschaften erforderlich sein könnten“. gefunden werden'. 115

Die Regulierung muss nicht nur die Gen-Editing-Wissenschaft als solche abdecken, sondern auch Änderungen der regulatorischen Rahmenbedingungen für die Zulassung von Arzneimitteln und Therapien, wie etwa USA/FDA-Vorschriften und EU/EMA-Vorschriften, umfassen. In den USA ist die FDA bereits dabei, neue Verordnungen zu erlassen, 116 und vermutlich überprüft auch die EU/EMA die Verordnung über neuartige Therapien 117 und andere geltende EU-Gesetze. 118 Derzeit hat die EMA einen laufenden Überarbeitungsprozess eingeleitet, um ihre übergreifende Leitlinie zu Arzneimitteln mit gentechnisch veränderten Zellen an die Fortschritte in der Gentechnologie anzupassen.

Es wurde eine neue Verordnung über klinische Prüfungen erlassen, 119 die interessanterweise ohne weitere Klarstellung ein breites Verbot für klinische Studien zur Gentherapie aufrechterhält, „die zu Veränderungen der genetischen Identität der Keimbahn des Probanden führen“, 120 nach der bisherigen Gesetzgebung in Kraft. 121 Regelungen zu „Compassionate Use“ (Artikel 83 der Verordnung 726/2004/EG) und benannte patientenbezogene Behandlungsprogramme nach nationalem Recht sind ebenfalls Teil dieses komplexen Regulierungsrahmens und können je nach Anwendung Wege zu einer diskreten und progressiven Anwendung bieten der Gen-Editierung in einem therapeutischen Setting. Andere Vorschriften, die im Lichte der Gen-Editierung zu berücksichtigen und zu interpretieren sind, sind die Gewebe- und Zellrichtlinie, die für die Spende, Beschaffung und Untersuchung von biologischen Proben, die als Ausgangsmaterial für genetische Eingriffe verwendet werden, gilt.

IV.B.c. Der britische Ansatz

In Europa weist der Regulierungsansatz des Vereinigten Königreichs besondere Merkmale auf, die es wert sind, erwähnt zu werden. Das Vereinigte Königreich hat die Oviedo-Konvention weder ratifiziert noch unterzeichnet. Sie hat vor kurzem auch Verfahren zum Austritt aus der EU eingeleitet. Es ist jedoch Mitglied des EPA und wird wahrscheinlich dem Einheitlichen Patentgericht (UPC) beitreten. 123 Großbritannien hat auch als erstes Land der Welt den Mitochondrienersatz zugelassen, eine Technik, bei der genetische Veränderungen auf zukünftige Generationen übertragbar sind.

Die Gesetz über menschliche Befruchtung und Embryologie wurde kürzlich geändert, um die Möglichkeit der Implantation von Embryonen einzuführen, die durch das Verfahren der mitochondrialen Spende gewonnen wurden. Wie oben erwähnt, war Großbritannien das erste Land, das die Einnistung solcher Embryonen direkt erlaubte. Das Verfahren ist erlaubt, um schwere genetische Erkrankungen zu vermeiden. 124 Indem die ungesunden Mitochondrien der Mutter durch gesunde Mitochondrien eines Spenders ersetzt werden, kann ein gesundes Kind mit 99,9 Prozent der DNA seiner Eltern und 0,1 Prozent der DNA des Spenders geboren werden. Die erste Lizenz zur Durchführung des Verfahrens in Großbritannien wurde erteilt. 125 Zuvor wurde die Technik von John Zhang und seinem Team von der New Hope Fertilitätszentrum (New York, USA). Das US-Recht erlaubt keine mitochondrialen Transplantationen. Das Verfahren wurde in Mexiko durchgeführt, wo es nicht direkt reguliert ist. Ein männliches Kind wurde am 6. April 2016 geboren und zeigte keine Anzeichen des Leigh-Syndroms, der von der Mutter übertragenen mitochondrialen Krankheit. 126

In Parlamentsdebatten wird die Verwendung von Wörtern wie genetische Veränderung, Bearbeitung, oder Manipulation wurde sorgfältig vermieden. Die Debatte konzentrierte sich hauptsächlich auf potenzielle Vorteile bei der Rettung von Leben und der Vermeidung von Schmerzen und Leiden, die mit schweren Krankheiten verbunden sind. Die Technologie beinhaltet jedoch eine Modifikation des menschlichen Genoms, die auf zukünftige Generationen übertragbar ist. Argumente, die verwendet werden, um das Verfahren zuzulassen, können gleichermaßen für therapeutische Anwendungen der Gen-Editierung gelten. Die Frage, ob die Gen-Editierung auf einer ähnlichen Grundlage akzeptiert werden sollte, wurde bereits angesprochen, 127 und das Vereinigte Königreich Behörde für menschliche Befruchtung und Embryologie hat Gen-Editing-Forschung an menschlichen Embryonen genehmigt. 128

IV. C. Patentfragen und ihre regulatorische Rolle

Patentrechte sind eine behördliche Konzession, die das Recht einräumt, Dritten zu verbieten, ein patentiertes Produkt oder ein durch das Patentverfahren gewonnenes Produkt zu diesen Zwecken herzustellen, zu verwenden, zum Verkauf anzubieten, zu verkaufen oder zu importieren. Die Erteilung eines Patents beinhaltet auch das Recht, das Patent abzutreten oder durch Erbfolge zu übertragen und Lizenzverträge abzuschließen. Ein Patent begründet kein Recht zur Nutzung von Technologie oder zum Inverkehrbringen von Produkten, die das Patent enthalten. Es impliziert keinen Beamten Stempel der moralischen Anerkennung über Technik und ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Die Regeln für die Patentberechtigung üben jedoch indirekt eine Regulierungsfunktion aus. Patentrechte sind für die Entwicklung einer bestimmten Technologie von entscheidender Bedeutung. Obwohl alternative Anreizmechanismen existieren und Innovationen unabhängig von Patentrechten auftreten können, sind große Investitionen in die technologische Entwicklung in der Regel von der Existenz von Ausschlussrechten abhängig. Die Technologie entwickelt sich schnell und die Akteure der Industrie sind daran interessiert, Mechanismen zu entwickeln, um eine eventuelle Sackgasse zu vermeiden, die durch verflochtene Rechte und lange Rechtsstreitigkeiten entsteht. Vor diesem Hintergrund wird es von Bedeutung sein, ob Patente für CRIPSR/Cas9 und andere Gen-Editing-Technologien in Kraft bleiben und welche Akteure ausschließende Rechte besitzen oder Lizenzen erwerben.

IV.C.a. Patente und der Geist der Eugenic Futures

Schieflage-Argumente und Debatten über die menschliche Natur sind eine Konstante in Debatten über wissenschaftliche und technologische Fortschritte in der Humangenetik. In früheren Teilen dieses Beitrags haben wir allgemeine ethische Perspektiven (Abschnitt II) und den Menschenrechtsrahmen analysiert, der konstruiert wurde, um das menschliche Genom und seine rechtliche Konzeptualisierung als Erbe der Menschheit und seine Erhaltung als Rechtswert mit grundrechtlicher Würde zu schützen. In diesem Abschnitt analysieren wir ähnliche Fragen und Debatten aus der Perspektive der Auslegung und Anwendung patentrechtlicher Vorschriften auf patentfähige Erfindungen.

Das Patentrecht als sehr dynamisches Rechtsgebiet dürfte eines der ersten Rechtsgebiete sein, in dem die ethische Vereinbarkeit der Gen-Editierung mit den grundlegenden Rechtsprinzipien und regulatorischen Normen konfrontiert wird. Das Patentrecht ist bisher der universellste rechtliche Anreiz für Innovation und nimmt in diesem Sinne eine indirekte politische Funktion ein, die sich in der Einbeziehung außerwirtschaftlicher Erwägungen in die Patentierbarkeitsregeln zeigt. Diese Überlegungen sollen die Einhaltung ethischer Werte und wissenschaftlicher Bedürfnisse sicherstellen, indem die Patentierbarkeit bestimmter Erfindungen eingeschränkt wird und die ethische Debatte auf das Patentrecht übertragen wird. In diesem Abschnitt wird untersucht, wie europäische Normen zur Patentberechtigung auf die Gen-Editierung angewendet werden könnten.

Die Veränderung der genetischen Keimbahnidentität des Menschen ist in Europa ausdrücklich von der Patentierbarkeit ausgeschlossen. 129 Dies hat zur Folge, dass auf solche Entwicklungen der Gen-Editing-Technologie gerichtete Verfahrensansprüche möglicherweise nicht zum Patentschutz berechtigt sind. Somatische Zellgenmethoden werden im Prinzip nicht auf solche Einwände stoßen. Diese betreffen Modifikationen in Körperzellen durch rekombinante DNA und wirken nur in den Zellen des Empfängers, werden aber nicht auf Nachkommen übertragen. Dennoch wird es weiterhin notwendig sein, solche Interventionen im Lichte der allgemeinen „ordre public“ zu bewerten und moralische Patentierbarkeitsausnahme, da solche Eingriffe auch ethische Bedenken aufwerfen können. Als Rechtsauslegungspunkt kann argumentiert werden, dass alle Eingriffe, die den menschlichen Körper betreffen, Risiken und potenzielle (bekannte und unbekannte) Nebenwirkungen bergen.Einwände aufgrund von Sicherheit und Gefahr für die Menschheit von unbeabsichtigten Nebenwirkungen oder Mutationen, die die gemeinsames genetisches Erbe des Menschen sind lediglich eine Frage der Abwägung des therapeutischen Nutzens gegen das Risiko, die bei jeder medizinischen Entscheidung (z. B. Einsatz von Antibiotika oder Impfungen) vorhanden ist. Die Risiken sind unbekannt, aber selbst die Keimbahn-Editierung wird nur auf Nachkommen übertragen, was Auswirkungen auf die Bevölkerung in weiter Ferne macht. Die Technologie wird sich weiterentwickeln und könnte die Möglichkeit bieten, ungewollte Off-Target-Modifikationen zu korrigieren/umzukehren. In Bezug auf therapeutische Anwendungen bei schweren Gesundheitszuständen besteht kein wesentlicher Unterschied zwischen der etablierten Praxis der Zustimmung der Eltern zur Durchführung einer konventionellen Therapie oder Operation zur Behandlung oder Behandlung einer Krankheit und dem Einsatz von Gen-Editing-Technologie, um zu verhindern, dass zukünftige Generationen jemals Entwicklung der Krankheit. In solchen Situationen kann argumentiert werden, dass die (zukünftige) Person das Recht auf Gesundheit und Zugang zu Behandlung hat und daher die gesetzlichen Vertreter zumindest das Recht (wenn nicht die Pflicht) haben, die bestmögliche medizinische Behandlung zu gewährleisten. Da die elterliche Behandlungsverweigerung besonderen Regelungen unterliegt und meist nur in Ausnahmefällen – zB Konflikt mit anderen Grundrechten – zulässig ist, könnte die gleiche Argumentation analog auf den Einsatz einer sicheren und nicht experimentellen präventiven Gentherapie ausgedehnt werden.

Gene Editing könnte auch außerhalb rein therapeutischer Situationen eingesetzt werden. Die Frage der Annehmbarkeit von Human Enhancement ist seit geraumer Zeit Gegenstand rechtsphilosophischer Debatten. Rawls argumentierte, dass „die Parteien ihren Nachkommen die beste genetische Ausstattung sichern wollen“ 130 und argumentierte, dass aufgrund des Unterschiedsprinzips 131 „größere Fähigkeiten ein soziales Gut sind, das zum gemeinsamen Vorteil genutzt werden kann“, 132 und kommt zu dem Schluss, dass „die Gesellschaft Schritte unternehmen, um zumindest das allgemeine Niveau der natürlichen Fähigkeiten zu erhalten und die Verbreitung schwerwiegender Mängel zu verhindern“. 133 Diese Argumentation würde alle genetischen Eingriffe (einschließlich Gen-Editierung) befürworten, solange diese Eingriffe darauf abzielen, schwere Krankheiten oder Behinderungen zu vermeiden. Diese Argumentation impliziert natürlich eine Vorbestimmung der Rechtsbegriffe Krankheit, Behinderung und Therapie. Dworkin behauptet weiter, dass die Moral von der Gesellschaft verlangt, Eltern zu erlauben, ihre Kinder genetisch zu verbessern, damit sie breitere Wahlmöglichkeiten und größere Chancen haben, im Leben erfolgreich zu sein. 134 Auf der anderen Seite warnt Fukuyama, dass die genetische Verbesserung aufgrund der Möglichkeit, dass sie die menschliche Natur verändert, eine Bedrohung für die liberale Demokratie darstellt. 135 Habermas schrieb, dass eine solche Intervention dem Kind die Möglichkeit verweigert, im Erwachsenenleben durch eine „kritische Neubewertung“ revidiert zu werden, und die Fähigkeit einer Person, „der ungeteilte Autor seines eigenen Lebens“ zu sein. 136 In jüngerer Zeit widersprechen Befürworter von Enhancement und Transhumanismus-Adepten, dass diese Einwände gleichermaßen für viele Erziehungspraktiken gelten würden, die nicht allgemein als umstritten gelten. 137 Einige Autoren verteidigen das Recht auf Verbesserung und einen moralischen Imperativ, Krankheiten auszurotten. 138

Die Veränderung der genetischen Keimbahnidentität des Menschen wird ausdrücklich als Ausschluss von der Patentierbarkeit erwähnt. 139 In den Erwägungsgründen 38 und 40 der Biotechnologie-Richtlinie wird die Absicht des Gesetzgebers zum Ausdruck gebracht, „eindeutig von Patentierbarkeitsverfahren zur Veränderung der genetischen Identität der Keimbahn des Menschen auszuschließen“. 140 Patentnormen machen keine funktionalen Unterscheidungen, so dass der Zweck eines Eingriffs – der eigentliche Nutzungsanspruch in der Patentanmeldung – unerheblich ist. Bei dieser wörtlichen Auslegung stoßen alle Eingriffe in Keimzellen, auch abstrakt, auch bei rein therapeutischen Zwecken, auf Patentierbarkeitshürden. Eingriffe in somatische Zellen würden nicht in den Anwendungsbereich der spezifischen Bestimmung fallen, diese erfordern jedoch nach wie vor eine Bewertung ihrer moralischen Konformität gemäß der allgemeinen „ordre public“ und der Moralklausel. 141 Wie sich aus der europäischen Rechtstradition ergibt, können und sollten die Adjudikatoren gegebenenfalls weitere Auslegungselemente berücksichtigen. Im Folgenden betrachten wir systemische Elemente wie den Menschenrechtsrahmen und Fragen der rechtlichen Kohärenz.

IV.C.a.i. Patentierbarkeit und Menschenwürde

Die Auslegung der Biotechnologie-Richtlinie darf nicht blind gegenüber der EU-Charta und den internationalen Menschenrechtsverträgen sein, die von einigen oder allen Mitgliedstaaten unterzeichnet wurden. Darüber hinaus sind diese auch für die Auslegungspraxis des EPA relevant. Da die Erteilung eines Patents jedoch unabhängig von behördlichen Genehmigungen zum Inverkehrbringen von Produkten oder zur Durchführung medizinischer Verfahren ist, kann die Patentierbarkeit nicht allein aufgrund eines gesetzlichen Verbots verneint werden. 142 Dies hat zur Folge, dass innerhalb des europäischen Patentsystems eine spezifische ethische Debatte über die Anwendbarkeit von Patentberechtigungsnormen entwickelt werden muss.

Wie oben erwähnt, wurde eine beträchtliche Anzahl internationaler Normen zum Schutz der „menschlichen Natur“ erlassen. 143 Diese sind problematisch, weil das Konzept von menschliche Natur ist kulturell voreingenommen und historisch relativ. Sie kann streng biologisch, aber auch kulturell und sozial verstanden werden. Evolution und Epigenetik zeigen, dass die menschliche Natur keine statische biologische Realität ist, sondern sich entwickelt und stark von Umweltfaktoren beeinflusst wird. Für Zwecke der Rechtsauslegung ist es nicht möglich, sich auf eine biologische Vorstellung von einem Menschen zu verlassen, um zu unterscheiden natürlich von technologisch. Die Behauptung, ein Eingriff in die Keimbahn sei ein Verstoß gegen die Menschenwürde, ist höchst umstritten, wenn es darum geht, künftige Generationen vor schweren unheilbaren Krankheiten zu schützen. Das Recht auf das erreichbare Höchstmaß an Gesundheit erstreckt sich auch auf die Präventivmedizin, während das Recht auf Bildung und die Verwirklichung der Ergebnisse von Wissenschaft und Technologie diejenigen weiter schützen würde, die ihre körperlichen, emotionalen und sozialen Veränderungen ändern möchten menschliche Natur.

Ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt ist, dass gemäß der in Artikel 6 der Biotechnologie-Richtlinie auferlegten Beschränkung jede geneditierende Tätigkeit, die zur Zerstörung eines Embryos führt, nicht patentierbar ist. Nach Ansicht des EuGH würde diese Einschränkung sogar gelten, wenn die Zerstörung zu einem unbestimmten historischen Zeitpunkt erfolgt und nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist, wie sie in den Ansprüchen beschrieben ist. 144 Im 42. Erwägungsgrund der Biotechnologierichtlinie heißt es jedoch, dass „ein solcher Ausschluss Erfindungen zu therapeutischen oder diagnostischen Zwecken, die am menschlichen Embryo angewendet werden und für diesen nützlich sind, nicht berührt“. Der EuGH, in Brüstle 145 und ISCC, 146 hat eine weite Auslegung des Rechtsbegriffs der Embryo. 147 Ein Eingriff im Blastozystenstadium ist ein Eingriff in einen Embryo. Jede Intervention kann für einen Embryo als medizinisch nützlich angesehen werden, wenn sie eine Krankheit, Beeinträchtigung oder verminderte Leistungsfähigkeit (einschließlich Schmerzen, Beschwerden und andere Symptome) heilt, beseitigt, verhindert oder verbessert. Dies bedeutet, dass ein Eingriff mit einem minimalen medizinischen Inhalt oder Ziel nicht wegen Verletzung der Menschenwürde von der Patentierbarkeit ausgeschlossen werden kann.

Hinsichtlich der Patentierbarkeit von Enhancement-Verfahren ist bei streng wörtlicher Auslegung eine Keimbahnveränderung absolut ausgeschlossen, und eine genetisch-somatische Intervention ist ausgeschlossen, da sie keinen therapeutischen Zweck verfolgt. Eine Intervention kann jedoch für einen Embryo nützlich sein, wenn sie Ergebnisse liefert, die das Wohlbefinden und die Lebensqualität steigern, auch wenn diese allgemein als über die Gesundheit hinausgehend verstanden werden. Die gewählte Sprache verweist nicht auf den Begriff der Gesundheit, sondern auf den Begriff der Nützlichkeit. Eine utilitaristische Vision genetischer Intervention weist in eine viel breitere Richtung als die Verknüpfung mit rein gesundheitsbezogenen Themen. Sinnvoll wäre eine Abgrenzung des Rechtsbegriffs Enhancement im Sinne einer induzierten menschlichen Evolution, wie sie vorgeschlagen wird. 148

Wie oben erwähnt, hat das EPA Patente zur Gen-Editierung akzeptiert. Dies sind jedoch immer noch weitreichende Ansprüche. In Bezug auf spezifische Verwendungen werden einige Gerichtsbarkeiten wahrscheinlich eher geneigt sein, die Patentierbarkeit zu akzeptieren als andere, was schließlich zu abweichenden Auslegungen und einer Anrufung des EuGH führen wird.

IV.C.b. Medizinische Methoden: Personalisierte Medizin oder Enhancement?

Zuvor haben wir darüber nachgedacht, ob Patentansprüche auf Gen-Editierung aus Gründen der guten Sitten und der öffentlichen Ordnung ausgeschlossen werden können. Hier werden wir uns damit befassen, ob Methoden zur Gen-Editierung mit gesundheitsbezogenen Zwecken patentierbar sein können. Artikel 53 c) EPÜ schließt die Patentierbarkeit von Behandlungsmethoden und Diagnoseverfahren aus. Die Regel betrifft nur Verfahrensansprüche: Geräteansprüche sind nicht ausgeschlossen, 149 und Produktansprüche, die sich auf Stoffe oder Zusammensetzungen zur Verwendung in Verfahren beziehen, werden ausdrücklich akzeptiert. Diese bleiben patentierbar, solange die Patentierbarkeitsvoraussetzungen der Neuheit, der erfinderischen Tätigkeit und der gewerblichen Anwendbarkeit erfüllt sind. 150 Patente können für chirurgische, therapeutische oder diagnostische Instrumente oder Geräte zur Verwendung in solchen Verfahren erteilt werden. 151 Darüber hinaus ist die Ausnahme medizinischer Methoden verhindert nur die Patentierbarkeit von Verfahren für (i) die chirurgische Behandlung des menschlichen oder tierischen Körpers, (ii) die therapeutische Behandlung des menschlichen oder tierischen Körpers und (iii) am menschlichen oder tierischen Körper praktizierte diagnostische Verfahren. Heilmethoden, die entweder an Pflanzen, verstorbenen Körpern oder nicht dauerhaft an einem Körper angebrachten Prothesen angewendet werden sollen, fallen nicht unter diese Bestimmung. 152

Ein Schlüsselelement dieser Bestimmung ist, ob die ausgeschlossenen Methoden in Kontakt mit dem menschlichen Körper durchgeführt werden. Grundsätzlich werden Ansprüche auf Gen-Editing-Methoden nicht abgelehnt, solange diese nicht in Körperkontakt durchgeführt werden. Die bloße Anwesenheit eines Patienten reicht jedoch aus, um die Kriterien zu erfüllen. Eine weitere kumulative Voraussetzung für den Betrieb der Ausnahme ist, dass es sich bei dem Verfahren entweder um ein Verfahren zur Diagnose oder Behandlung oder um ein Verfahren zur Operation handelt.

Der Therapiebegriff ist weit ausgelegt. Therapeutisch sind Methoden, wenn sie eine Krankheit oder eine Fehlfunktion des menschlichen Körpers heilen oder einen prophylaktischen Zweck haben. 153 Dies bedeutet, dass jede Intervention darauf ausgerichtet ist, die Symptome von Störungen oder Fehlfunktionen zu heilen, zu lindern, zu beseitigen oder zu lindern und die Möglichkeit einer Erkrankung oder Fehlfunktion zu verringern, 154 selbst wenn die Symptome durch natürliche Umstände verursacht werden oder eine Reaktion auf . sind Umweltbedingungen. 155 Zwischen der Intervention und einer therapeutischen Wirkung auf den Körper muss ein funktioneller Zusammenhang oder eine physikalische Kausalität bestehen. 156

Verfahren mit doppeltem Verwendungszweck werden patentierbar sein, jedoch nur, wenn die Ansprüche auf die nicht-therapeutische Verwendung beschränkt sind und eine klare Unterscheidung zwischen therapeutischen und nicht-therapeutischen Wirkungen vorgenommen werden kann. 157

Der Einsatz von Gen-Editing-Technologie zur Verbesserung von Gesundheit und Wohlbefinden ist weniger umstritten als andere Anwendungen der Technologie. Das Recht auf Leben und Zugang zur Gesundheitsversorgung überwiegen einige Einwände. Was jedoch Verfahrensansprüche betrifft, wird die Patentierbarkeit auf nicht-therapeutische Anwendungen beschränkt. Darüber hinaus sind alle Operationsmethoden, unabhängig von ihrer Zielsetzung, ausgeschlossen. Dies liegt daran, dass der bestimmende Faktor bei der Charakterisierung als Operation das Gesundheitsrisiko ist, das mit einem Eingriff verbunden ist (ein erheblicher, nicht routinemäßiger Eingriff am menschlichen Körper, der medizinisches Fachwissen erfordert) und nicht andere Faktoren wie der Zweck des Eingriffs oder die Intensität der Gewebeperforation . 158

Das auf Menschenrechten basierende juristische Denken neigt dazu, das Thema Gen-Editierung in zwei getrennte Richtungen zu fassen: biologische Sicherheit und das Verbot der Eugenik. Kurz gesagt, es ist einfach, aus vergangenen schrecklichen Experimenten und eugenischen Lehren herauszuweben, was sicher ist und einen medizinischen Nutzen darstellt. In Wirklichkeit stehen Versuche, die Gen-Editierung zu regulieren, vor dem Dual-Use-Problem. Darüber hinaus ist es nicht einfach, personalisierte Präventivmedizin von Human Enhancement zu unterscheiden. In der Praxis hängt die konkrete Bestimmung von nichttechnischen Elementen ab, wie etwa sozialen Konstruktionen von Normalität und menschlicher Natur. 159 Infolgedessen wird die aufkommende Technologie erhebliche Auslegungsschwierigkeiten bei der Anwendung des Patentausschlusses für medizinische Verfahren aufwerfen.

IV.C.c. Patentierbarkeit von bearbeiteten Pflanzen

Ein immer wichtigeres Anwendungsgebiet der Gentechnologie sind, wie bereits erwähnt, die Agrar- und Pflanzenwissenschaften. Innovative Pflanzenzüchtung ist nicht nur wichtig für die Produktion von mehr und besseren Nahrungsmitteln für eine schnell wachsende Weltbevölkerung durch die Konstruktion transgener Pflanzensorten, die auf Resistenz gegen bestimmte Krankheiten entwickelt wurden, sondern auch für verbesserte Ernährungseigenschaften und andere wünschenswerte Eigenschaften. Aufbauend auf den rasanten Fortschritten in der synthetischen Biologie und der Gen-Editierung gewinnt die moderne Pflanzenwissenschaft auch in vielen anderen Bereichen industrieller Anwendungen, wie der Arzneimittelentwicklung, der Energieerzeugung und der Weltraumforschung, zunehmend an Bedeutung. 160 Solche Erfindungen können sowohl durch Patente als auch durch Sortenschutzrechte (PVR) geschützt werden. 161

Artikel 27 Absatz 3 Buchstabe b des TRIPS-Übereinkommens verpflichtet die Länder, Pflanzensorten „entweder durch Patente oder durch ein wirksames System sui generis oder durch eine Kombination davon“ einen Mindestschutz zu gewähren. Darüber hinaus haben die WTO-Mitglieder die Wahl, „im Wesentlichen biologische Verfahren zur Züchtung von Pflanzen“ von der Patentierbarkeit auszuschließen. 162 Daher verfolgen einige südamerikanische und europäische Länder sowie China und Indien einen sehr restriktiven Ansatz und schließen bestimmte pflanzenbezogene Erfindungen von der Patentierbarkeit aus. 163 Das US-Patentgesetz ist dagegen (noch) weitaus freizügiger und enthält keine explizite gesetzliche Ausnahmeregelung für pflanzenbezogene Erfindungen. Ansprüche gegen Pflanzen können nicht nur geltend gemacht werden als solche geschützt werden, sondern auch Pflanzenteile, wie Saat- und Setzlinge, sowie Verfahren zur Züchtung von Pflanzen, sofern alle Patentierbarkeitsvoraussetzungen erfüllt sind. Der Oberste Gerichtshof der USA bestätigte ausdrücklich in J.E.M. Ag Supply v Pioneer Hi-Bred 164 die langjährige Praxis des USPTO, Gebrauchsmuster auf Pflanzen zu erteilen. 165

Während die nationalen Gesetze, die die Patentierbarkeit der Pflanzenbestände von Land zu Land stark variieren können, wurde die Notwendigkeit, die geistigen Eigentumsrechte von Pflanzenzüchtern zu schützen, bereits im 19. Jahrhundert vom Gesetzgeber anerkannt. 166 Heute bilden PVR und Patente ein synergistisches und komplementäres IP-System. 167 PVR schützt neue Pflanzen als Ganzes, kann aber nicht einzelne Teile (zB ein bestimmtes Gen) schützen, während Patente Teile, aber (im Allgemeinen) keine ganzen Pflanzen schützen. 168 Die ursprüngliche Absicht bestand darin, dass Patente und PVR verschiedene Schutzgegenstände auf eine Weise schützen, die den Bedürfnissen der verschiedenen Industrien angemessen ist. Bis vor wenigen Jahrzehnten wurde die Pflanzenzüchtung mit traditionellen Kreuzungsmethoden auf empirischer Basis durchgeführt Versuch und Irrtum Experimente und anlagenbezogene Innovationen wurden fast ausschließlich durch PVR geschützt. Das Problem besteht jedoch darin, dass die Pflanzenindustrie schnell dazu übergegangen ist, synthetische und molekulare Züchtung und technisch fortschrittliche Selektionssysteme zu integrieren. 169 Heutige Pflanzeninnovationen werden unter Anwendung hochentwickelter wissenschaftlicher Technologien entwickelt, darunter fortschrittliche Gen-Editing-Technologie, Zellbiologie, Genom- und Proteomforschung, Genkartierung, Marker-gestützte Züchtung und Hybridisierung. Die Entwicklung vorteilhafter Eigenschaften kann daher teuer, zeitaufwendig und riskant sein. 170

Es ist jedoch durchaus üblich, dass Züchter ihre eigenen Zuchtlinien verbessern, indem sie auf vorteilhafte Eigenschaften von Konkurrenzsorten zurückgreifen, einschließlich kommerziell erhältlicher geschützter Pflanzensorten, bei denen eine vorherige Gen-Editierung nicht zurückverfolgt werden kann. Dies steht im Widerspruch zu den Interessen der Patentinhaber in der Biotechnologiebranche und ihren eigenen kostspieligen, riskanten und zeitaufwändigen F&E-Anstrengungen. 171 Infolgedessen verwischt sich die Unterscheidung zwischen PVR-Schutz und Patentschutz, wobei einige Kommentatoren warnen, dass dies „das Gleichgewicht in den Belohnungssystemen der klassischen Pflanzenzüchter und der biotechnologischen Pflanzenindustrie stört“. 172

In Europa gipfelte diese „Störung“ in den Entscheidungen der Großen Beschwerdekammer des EPA (EBA) zu den konsolidierten Befassungen G2/12 („Tomate II“) und G2/13 („Broccoli II“). Unter Berücksichtigung der Bestimmungen in Artikel 53 b) EPÜ hat die EBA bestätigt, dass Produkte, nämlich Pflanzen oder Pflanzenteile, die durch im Wesentlichen biologische Verfahren gewonnen werden, grundsätzlich nach dem EPÜ patentierbar sind. Dieses Ergebnis lässt erheblichen Spielraum für die Patentierung neuer und erfinderischer Pflanzen und deren Produkte, die durch „konventionelle“ Verfahren einschließlich Züchtungsschritten hergestellt wurden. Die EBA stellte auch klar, dass dies unabhängig davon gilt, ob solche Claims in produktbezogenen Formaten oder als per se Produkte formuliert werden. Darüber hinaus ist die kombinierte Wirkung von Brokkoli/Tomate I &Ampere II eröffnet neue Möglichkeiten für die Patentierung von GVO. Obwohl bedeutende Branchenakteure die entsprechenden Patentansprüche angefochten hatten, waren dies im Allgemeinen gute Nachrichten für innovative Pflanzenzüchter und agrochemische Unternehmen. 173

Diese Entwicklungen in der europäischen Patentrechtsprechung in den letzten Jahren scheinen die Kluft zwischen Züchtern und der Biotech-Industrie vergrößert zu haben. Nach der aktuellen Rechtsprechung des EPA erscheint es möglich, dass Pflanzenzüchter daran gehindert werden, genetisch manipulierte Varianten zur Innovation ihrer Rassen ohne Erlaubnis der Patentinhaber zu verwenden. Diese Entscheidung wurde daher als Bevorzugung der großen Agrochemiekonzerne zu Lasten der kleinen Pflanzenzüchter wahrgenommen. 174 Die Situation wird dadurch erschwert, dass die nationalen Patentgesetze einiger europäischer Länder, wie Deutschland und der Niederlande, Produkte, die durch im Wesentlichen biologische Verfahren hergestellt werden, sowie die Verfahren selbst ausdrücklich von der Patentierbarkeit ausschließen. Folglich stehen zwei europäische Länder mit einer beträchtlichen Bioagro-Industrie eindeutig nicht im Einklang mit den Vorgaben des EPA Brokkoli II &Ampere Tomate II Entscheidungen und hätte diese Patente wahrscheinlich nicht erteilt. 175 Potenzielle Rechtsstreitigkeiten in diesen Ländern, die sich auf entsprechende oder ähnliche Arten von Patenten beziehen, könnten daher den EuGH erreichen. Dieses Gericht ist nicht an die Entscheidungen der EBA gebunden und könnte die Biotechnologierichtlinie im Einklang mit der deutschen und niederländischen Umsetzung auslegen. Allerdings können EBA-Entscheidungen beim UPC einen größeren Einfluss haben, sobald es endlich in Europa seinen Betrieb aufnimmt. 176 Am 3. November 2016 hat die Europäische Kommission eine Mitteilung zur Auslegung der Biotechnologierichtlinie verabschiedet. 177 Nach Auffassung des Gesetzgebers sollten durch Kreuzung und Selektion erzeugte Pflanzen nicht patentierbar sein. Die Auswirkungen der Bekanntmachung auf die Praxis des EPA und damit ihr Wert für die Rechtsauslegung, einschließlich möglicher Folgemaßnahmen, werden derzeit zwischen dem EPA und seinen Mitgliedstaaten diskutiert.Unter dem Druck der EU entschied das EPA im Dezember 2016, dass „alle Verfahren vor den Prüfungs- und Einspruchsabteilungen des EPA, in denen die Entscheidung ausschließlich von der Patentierbarkeit einer Pflanze oder eines Tieres abhängt, die durch ein im Wesentlichen biologisches Verfahren gewonnen wurden, von Amts wegen ausgesetzt werden“ . 178 Nach internen Diskussionen beschloss der Verwaltungsrat des EPA, die einschlägigen Durchführungsbestimmungen zu ändern, um Pflanzen und Tiere, die ausschließlich durch ein im Wesentlichen biologisches Züchtungsverfahren gewonnen wurden, von der Patentierbarkeit auszuschließen. Der von seinem Verwaltungsrat angenommene Vorschlag des EPA sollte die Einheitlichkeit des harmonisierten europäischen Patentrechts gewährleisten und möglicherweise der Möglichkeit und Notwendigkeit vorgreifen, dass nationale Gerichte weitere Verweise an den EuGH erlassen und dies die Rechtssicherheit beeinträchtigen könnten. Die neuen Bestimmungen traten mit sofortiger Wirkung zum 1. Juli 2017 in Kraft. 179

IV.C.d. Patentkriege: der Kampf um die Priorität und der Kampf um die Ansprüche

Der CRISPR/Cas9-Patentkrieg entzündete sich in Europa mit der Einreichung mehrerer Einsprüche gegen das als erstes in Europa für diese Technologie erteilte Patent. 180 Das Patent wurde am 11. Februar 2015 vom EPA an das Broad Institute, das MIT und das Harvard College erteilt und umfasst insgesamt 53 Produktansprüche. 181 Es handelt sich um Forschungen von Feng Zhang und seiner Forschungsgruppe (im Folgenden: Zhang et al.). Es wurde von neun verschiedenen Entitäten abgelehnt. 182 Einspruchsverfahren können zu mehreren unterschiedlichen Ergebnissen führen, die von der Änderung von Ansprüchen bis hin zum vollständigen Widerruf des Patents reichen. In jedem Fall ist es wahrscheinlich, dass Berufung(en) eingelegt werden. Dies kann ein langwieriges Verfahren sein, das mehrere Jahre dauert, bis eine endgültige Entscheidung ergangen ist.

Die Patentlandschaft ist groß und komplex. Die Gewährung der Zhanget al. Patent wurde dicht gefolgt von mehreren europäischen Teilpatentanmeldungen. Einigen wurde stattgegeben, 183 wurde Einspruch eingelegt oder befindet sich innerhalb der neunmonatigen Einspruchsfrist, 184, während andere noch geprüft werden. 185 Es scheint absehbar, dass gegen einige dieser Patente auch mehrere Parteien Einspruch erheben werden. In den USA umfasst dieselbe Patentfamilie bereits mindestens 13 Patente, von denen das erste am 15. April 2014 erteilt wurde. 186 Mehrere weitere europäische und US-anhängige Anmeldungen befinden sich in dieser Patentfamilie.

Eine konkurrierende Patentfamilie, die auf CRISPR/Cas9 gerichtet ist, umfasst derzeit eine europäische Patentanmeldung 187 und eine US-Patentanmeldung 188, eingereicht von der University of California, der Universität Wien und Emmanuelle Charpentier. Es umfasst Forschungen der Teams von Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier (im Folgenden: Doudna et al.). Dieses Patent beansprucht ein Prioritätsdatum vom 25. Mai 2012, mehr als 6 Monate vor dem im Patent beanspruchten Prioritätsdatum Zhang et al. Patent (12. Dezember 2012).

Der Gegenstand einer Patentanmeldung muss gegenüber allen vor dem Prioritätstag gemachten öffentlichen Offenbarungen neu und erfinderisch sein. Im Allgemeinen bedeutet dies auch, dass, wenn das Prioritätsdatum von Doudna et al. anerkannt und das entsprechende Patent erteilt/erhalten ist, die Zhang et al. Patent wird entweder ungültig oder bleibt zuverlässig.

Doch während die Doudna et al. Patent ein früheres Prioritätsdatum beansprucht, wurde keine der Anmeldungen vor dem vom Patent beanspruchten Prioritätsdatum veröffentlicht Zhang et al. Patente. In Europa bedeutet dies im Lichte des EPC, dass die Doudna et al. Die Offenbarung ist nur für die Beurteilung der Neuheit relevant, nicht jedoch für die Feststellung, ob die Zhanget al. Patente beruhen auf einer erfinderischen Tätigkeit. In Anbetracht der Tatsache, dass Einzelheiten des CRISPR/Cas9-Systems 189 vor dem Prioritätsdatum der Zhanget al. Patente, damit die Ansprüche dieser Patente patentierbar sind, müssen sie einen Gegenstand definieren, der gegenüber dieser Veröffentlichung neu und erfinderisch ist. Einspruchsverfahren prüfen in diesem Zusammenhang, ob es aufgrund der Offenbarung der Jineket al. Veröffentlichung, 190, dass das CRISPR/Cas9-System in vivo in eukaryontischen Zellen funktionieren würde. 191

In den USA, weil die Doudna et al. Patentanmeldung mit Prioritätsdatum 25. Mai 2012 – einen Tag vor Inkrafttreten der First-to-File-Regeln des America Inventor's Act – eingereicht wurde, war ein Patentinterventionsverfahren noch möglich. Ein Eingriffsverfahren wurde initiiert Auflistung Doudna et al. als Seniorenpartei, 192 verlassen Zhanget al. mit der Beweislast. Die Einmischungserklärung betraf alle Ansprüche, und die Patentgerichts- und Beschwerdekammer kam zu dem Schluss, dass die Parteien einen anderen Gegenstand beanspruchen, und erließ ein „Urteil, dass keine tatsächliche Einmischung vorliegt, die die Ansprüche einer der Parteien weder aufhebt noch endgültig ablehnt“. 193

In Europa kündigte das EPA im März 2017 seine Absicht an, die entsprechenden Doudna et al. Patent. 194 Die Ansprüche sind recht weit gefasst, und gegen das Patent wird wahrscheinlich Einspruch erhoben.

CRISPR/Cas9 hat eine komplexe und undefinierte Patentlandschaft mit möglicherweise mehreren sich überschneidenden Patentrechten. Es umfasst Patente und Patentanmeldungen, die das grundlegende CRISPR/Cas9-System und Methoden zu seiner Anwendung abdecken, aber auch Neuentwicklungen oder Verbesserungen (zB die neue Nuklease Cpf1, 195 und spezifische Anwendungen für ihre Verwendung, zB Ansprüche für therapeutische Anwendungen). Neben den beiden konkurrierenden Forschungsgruppen, die zu den genannten Patenten führen, sind weitere Parteien mit technologierelevanten Patenten und Patentanmeldungen tätig. Angesichts der Zahl der in diesem Bereich tätigen Forschungsteams wird die Komplexität der Patentlandschaft wahrscheinlich mit der Zeit zunehmen und weitere Patentstreitigkeiten nach sich ziehen. Beispielsweise erteilte das USPTO ein Patent, das die Geninaktivierung durch die Verwendung chimärer Restriktionsendonukleasen beansprucht. Diese wurde am 4. Oktober 2016 mit Prioritätsdatum 3. Februar 1999 erteilt. Patentinhaber sind das Pasteur Institute und das Boston Children's Hospital sowie die Erfinder André Choulika und Richard Mulligan. 196 Cellectis (der exklusive Lizenznehmer) kündigte öffentlich „ein Schirmpatent“ an, das „die meisten mit Nuklease durchgeführten Gen-Editing-Verfahren abdeckt“, einschließlich derjenigen, die auf CRISPR/Cas9, TALENs, Zinkfingern und vielen Meganukleasen basieren. Kommentatoren haben die Gültigkeit und den Umfang des Patents in Zweifel gezogen, ein Hinweis darauf, dass ein Rechtsstreit folgen könnte. 197

Das CRISPR/Cas9 Patentkriege wird voraussichtlich in den nächsten Jahren weitergehen. Lange und komplexe Verfahren sowohl in den USA als auch in Europa werden enthüllen, wem die Technologie in welchem ​​Umfang gehört. Unabhängig vom Ergebnis im Prioritätsschlacht(en), werden verschiedene Akteure auch versuchen, sich bestimmten Ansprüchen zu widersetzen und/oder sie teilweise oder vollständig für ungültig zu erklären. Es sind verschiedene Nichtigkeitsgründe möglich, darunter auch Argumente zu Patentausschlüssen nach dem EPÜ. Das Ergebnis der Kampf um die Ansprüche hat viele Variablen und ist schwer vorherzusagen. In der Zwischenzeit, während der tatsächliche Eigentumsstatus an der Technologie nicht definiert ist und trotz ethischer Kontroversen, wurden Lizenzvereinbarungen und Joint Ventures mit wichtigen Industriepartnern angekündigt. Die Branche bewegt sich auf zukünftige kommerzielle Anwendungen zu, während die öffentliche Debatte über Eigentum und wissenschaftliche Zuschreibung ethische und regulatorische Diskussionen irgendwie überschattet.

Angesichts dieser Unsicherheit verwundert es nicht, dass in Europa derzeit unterschiedliche Interventionsformen in Erwägung gezogen werden, die von Gesetzesänderungen in der EU-Biotech-Richtlinie, Patentrecht und Verfahren bis hin zur Einführung spezieller Zwangslizenzierungsregime 198 und kreativen User-Generated . reichen und integrierte Lösungen, wie die Entwicklung branchenweiter E-Lizenzplattformen. 199

Während eine detaillierte Diskussion aller möglichen Interventionsformen den Rahmen dieses Papiers sprengt, werden wir im Folgenden auf solche Lösungstypen eingehen, die versuchen, Anwendung und Governance von IPRs ausbalancieren in Bezug auf vor- und nachgelagerte Technologie. 200

IV.C.e. Cross-Lizenzierung und Governance

Anstatt nach Lösungen durch Änderung des Rechtsrahmens zu suchen, haben einige Autoren vorgeschlagen, mit privaten Bestellmechanismen zu experimentieren, die von Benutzern generiert werden (z Gen-Editierung oben erklärt. Diese privaten Bestellmechanismen funktionieren innerhalb des aktuellen Rechtsrahmens, erscheinen meist nach der Erteilung und sind in der Regel vertragsbasiert. Sie sind vermutlich geeigneter als staatliches Recht, weil die Nutzer in der Regel die Anforderungen der Branche besser verstehen und schneller auf diese Anforderungen reagieren können, ohne die in demokratischen Entscheidungsprozessen üblichen Verzögerungen. Darüber hinaus sind diese Herausforderungen internationaler Natur und daher sollten alle Lösungen vorzugsweise ebenfalls international sein. Nichtsdestotrotz stoßen internationale Verhandlungen, die auf die Annahme eines neuen Vertrags oder Vertragsänderungen abzielen, auf noch mehr Hürden und Verzögerungen als staatlich erlassenes Recht, was private Ordnungsmechanismen zu einem interessanten Kanal macht, um auf schnelle wissenschaftsbasierte Entwicklungen in der synthetischen Biologie und der Gen-Editierung zu reagieren . Vor diesem Hintergrund empfahlen die Teilnehmer eines vom European Research Area Network in Synthetic Biology (ERASynBio) gesponserten Workshops mit Experten und Interessenvertretern im November 2013 in Kopenhagen (unter anderem), „Möglichkeiten für private Bestellmechanismen zur Verbesserung zu erkunden“. Transparenz der Eigentumsverhältnisse und Erleichterung der Lizenzvergabe“. 202 Darüber hinaus haben andere Autoren auf die Relevanz solcher Modelle in der synthetischen Biologie und der Gen-Editierung hingewiesen. 203

Es gibt verschiedene Arten von privaten Bestellmechanismen, die von IP-Sharing und Handlungsfreiheit Modelle, wie z SYNGENTAs E-Lizenzierungsplattformen 204 oder die offene Innovationsplattform 205 von LEO PHARMA bis hin zu branchenweiten Lizenzierungsplattformen. 206 Diese Position könnte auch die Idee umfassen, dass vorgelagerte oder grundlegende Technologien frei von hemmendem geistigem Eigentum bleiben sollten, während nachgelagerte Technologien und Produkte dem geistigen Eigentum unterliegen können. Dies scheint der Ansatz der Stiftung BioBricks zu sein, einem wichtigen Akteur bei den Bemühungen, ein frei zugängliches Archiv für standardisierte biologische Teile zu schaffen. Die Vereinbarung, die die Beitrags- und Nutzungsbedingungen von BioBricks regelt, soll sicherstellen, dass grundlegende Bioteile nicht durch geistige Eigentumsrechte abgedeckt sind oder dass der Eigentümer der geistigen Eigentumsrechte der Nichtbehauptung zustimmt. Die Vereinbarung enthält jedoch keine Klauseln, die verhindern, dass Produkte, die aus der Kombination und Montage der Teile hergestellt werden können, patentiert oder anderweitig durch IP geschützt werden. 207

Im Hinblick auf die Gen-Editing-Technologie könnten Patentpool- oder Clearinghouse-Modelle (oder Kombinationen der beiden Modelle) im Umgang mit der IP-Fragmentierung besonders hilfreich sein. Anregungen für solche Ansätze könnten aus der IKT-Branche gewonnen werden. Dies wurde im Dezember 2016 demonstriert, als MPEG LA, einer der Hauptbetreiber von One-Stop-Lizenzen für Standards und andere Technologieplattformen in der Unterhaltungselektronik, bekannt gab, dass es begonnen hat, die CRISPR-cas9-Patentlandschaft zu untersuchen, um wesentliche Patente zu identifizieren, die müssen in Lizenzpools gebündelt werden, um eine Lizenzplattform aus einer Hand zu ermöglichen, „um das Risiko von Rechtsstreitigkeiten zu verringern und Wissenschaftlern und Unternehmen weltweit Effizienz, Transparenz und Vorhersehbarkeit zu bieten.“ 208

IV.D. Kohärenz des Rechtssystems

Die Existenz eines vielschichtigen Rahmens von Gesetzen und Verordnungen ist gleichzeitig Ursache und Folge eines komplexen Netzwerks rechtlicher Überschneidungen. Wie oben erwähnt, spielen Ausnahmen für die Patentierbarkeit oder Zulassungsstandards eine öffentliche Rolle, die den regulatorischen Normen der Technologie ähnlich ist. Obwohl diese unabhängig von Technologievorschriften sind, sollten Überschneidungen berücksichtigt und die Notwendigkeit von Kohärenz berücksichtigt werden, insbesondere die Kohärenz zwischen der rechtlichen Auslegung von Patentausnahmen von Gen-Editing-Prozessen und dem für solche Eingriffe geltenden Rechtsrahmen. Da der Rechtsrahmen zwischen verschiedenen technologischen Anwendungen unterscheiden kann, steht die Auslegung der Zulassungsregeln so aus, dass Anreize für Forschungen, die die Übertragung schwerer Erbkrankheiten auf zukünftige Generationen ausrotten sollen, verweigert werden sollen, und widerspricht der Funktion des Patentsystems. Aus rechtlicher Sicht ist im Lichte der Absicht und des Zwecks des Patentsystems zu prüfen, ob der Gesetzgeber einen breiteren Ansatz der Patentfähigkeit zugelassen hätte, wenn er die technologischen Möglichkeiten der therapeutischen Anwendung der Gen-Editierung vorweggenommen hätte Technologie.

Für die konkrete Entscheidung, ob eine Technologie von öffentlichen Anreizmechanismen ausgenommen werden soll, ist die Frage des Dual-Use von besonderer Bedeutung. 210 Bestimmte Gen-Editing-Interventionen sind oder werden aus einer Reihe von Gründen verboten (Gesundheits-, Vorsorge- und Sicherheitsbedenken oder Menschenwürde), während weniger umstrittene Anwendungen zugelassen werden könnten. Patentschutz ist jedoch nicht unbedingt zweckgebunden, so dass nur in bestimmten Anspruchsarten (zB Zweitverwendungen) differenziert werden könnte. Wenn eine bestimmte Erfindung in verschiedene Richtungen entwickelt werden kann, ist es übertrieben, die Patentierbarkeit und damit Anreize zur Innovation zu verweigern.

Darüber hinaus bedeutet die rechtliche Kohärenz, dass ähnliche Erwägungen der öffentlichen Ordnung mutatis mutandis auf andere öffentliche Anreizformen wie Forschungsstipendien, Preise und Auszeichnungen zutreffen müssen. Ebenso sollten Kreuzlizenzmechanismen und vertragliche Vereinbarungen im Lichte allgemeiner Rechtsgrundsätze entwickelt werden. Schließlich ist die Gen-Editierung in nicht-institutionellen Kontexten einfach anzuwenden. Anreize für weitere Forschung und Innovation sind ein wirksames Instrument, um Technologie in eine sozial verantwortliche und sichere Richtung zu lenken, aber die Natur der Technologie impliziert die Notwendigkeit zusätzlicher Governance-Mechanismen, wie etwa die Erforschung der Möglichkeiten für einen mehrstufigen Stakeholder-Dialog und das Engagement der Privatgesellschaft.

Recht im weiteren Sinne wird in einem gegebenen gesellschaftlichen Kontext geschaffen und entwickelt. Narrative zu Wissenschaft und Technologie spielen eine interessante Rolle bei der Definition, wie verschiedene Akteure ihre Handlungs- oder Ermessensbefugnisse anwenden, interpretieren und nutzen. Gerichtsurteile, institutionelle Praxis von Patentämtern, Entscheidungen von Ethikkommissionen und Zulassungsbehörden, Aushandlung von Vertragsgestaltungen und Geschäftsstrategien bis hin zu Einzelentscheidungen privater Akteure werden nicht im luftleeren Raum getroffen, sondern in einen gesellschaftlichen Kontext eingefügt. Im nächsten Abschnitt befassen wir uns sowohl mit der Rolle und dem Einfluss von Kommunikation und öffentlicher Wahrnehmung in juristischen Debatten zur Regulierung neuer Technologien als auch mit dem Einfluss von Rechtsstreitigkeiten auf die Konstruktion solcher Narrative.


Lernen Sie AI kennen, Ihren neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter

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Was ich bin Ihnen zu sagen, ist das Ergebnis dessen, was Scholze das "Liquid Tensor Experiment" nannte. Eine Community namens Lean, die von Leonardo de Moura von Microsoft Research ins Leben gerufen wurde und jetzt Open Source und weltweit ist, hat das ehrgeizige Ziel, eine Computersprache zu entwickeln, die ausdrucksstark ist, um die Gesamtheit der zeitgenössischen Mathematik zu erfassen. Ein vorgeschlagener Beweis eines neuen Theorems, formalisiert durch Übersetzung in diese Sprache, könnte auf Richtigkeit überprüft werden automatisch, anstatt seinen Ruf auf fehlbare menschliche Schiedsrichter zu setzen.

Scholze fragte im vergangenen Dezember, ob die Ideen der Kondensierten Mathematik auf diese Weise formalisiert werden könnten. Er wollte auch wissen, ob es die Ideen eines besonders kniffligen Beweises ausdrücken könnte, der für das Projekt entscheidend war – ein Beweis, von dem er ziemlich sicher war, dass er Recht hatte.

Als ich zum ersten Mal von Lean hörte, dachte ich, es würde wahrscheinlich für einige einfache Probleme und Theoreme gut funktionieren. Ich habe es unterschätzt. Scholze auch. In einem Blogbeitrag vom Mai 2021 schreibt er: „[D]ie Experiment hat den gesamten Teil der Argumentation überprüft, bei dem ich mir nicht sicher war. Ich finde es absolut verrückt, dass interaktive Beweisassistenten jetzt innerhalb einer sehr vernünftigen Zeit auf einem Niveau sind, das Spanne können sie schwierige Originalforschungen formal verifizieren."

Und der Beitrag der Maschine bestand nicht nur darin, Scholze zu bescheinigen, dass er seinen Beweis für stichhaltig hielt, er berichtet, dass die Arbeit, den Beweis in eine maschinenlesbare Form zu bringen, sein eigenes menschliches Verständnis der Argumentation verbessert hat!

Das Liquid Tensor Experiment weist auf eine Zukunft hin, in der Maschinen zu unseren unverzichtbaren Partnern werden, anstatt menschliche Mathematiker zu ersetzen. Ob sie die Seele der Tatsache fassen können oder nicht, sie können sich ausdehnen unsere greifen, wie wir nach der Seele greifen.


Virusentwicklung

Virus-Quasispezies kann die Erweiterung des Wirtsspektrums erleichtern

Viren gehören zu den kleinsten replizierenden Einheiten auf Nukleinsäurebasis und besitzen Eigenschaften, die mit außergewöhnlich schnellen evolutionären Veränderungen verbunden sind: kleine Genome, kurze Generationszeiten, hohe Mutationsraten, große Populationsgrößen, hohe genetische Vielfalt und starker Selektionsdruck. 8, 9 Da Viren häufig Nukleinsäure-Korrekturlesemechanismen fehlen, liegen die Virusmutationsraten bei jeder Kopie des Genoms im Allgemeinen in der Größenordnung von 10 –3 –10 –6 pro Nukleotid. 10 Angesichts der geringen Größe viraler Genome (typischerweise 10–30 kb) können Viren mit hohen Mutationsraten bei jeder Replikation des Genoms genetisch unterschiedliche Nachkommen erzeugen. Diese fehleranfällige Replikation kann virale Quasispezies (d. h. riesige Populationen eng verwandter Genotypen) erzeugen. 5, 11 Obwohl die Sequenzräume unergründlich groß sind (der Sequenzraum eines 10-kb-Virusgenoms beträgt 4 10.000 ), können die immensen Viruspopulationen viele alternative Varianten enthalten, sodass Viren schnell den Sequenzraum abtasten und Mutationskombinationen mit hoher Eignung lokalisieren können. 6

Die Quasispezies-Natur von Viren kann die Virusentstehung erleichtern. Die anfänglichen Gain-of-Function-Mutationen, die eine Infektion neuer Wirte ermöglichen, sind in der Regel mit dem Eintritt des Wirts verbunden, nämlich der Bindung des Virus an ein spezifisches Molekül auf der Oberfläche der Wirtszelle. In vielen Fällen können Veränderungen des Zelltropismus durch wenige (oder sogar einen) Nukleotid-Substitutionen erreicht werden. 12-17 Ein typisches Beispiel sind die Alphaviren, eine Gruppe von 29 nicht segmentierten, positiv-sinnigen, einzelsträngigen RNA (+ssRNA)-Viren, die hauptsächlich von Stechmücken übertragen werden. 18, 19 Beispiele für Alphaviren umfassen das Östliche Pferdeenzephalitis-Virus, das Chikungunya-Virus (CHIKV), das Ross-River-Virus und das Sindbis-Virus. Trotz der auffallenden architektonischen Ähnlichkeiten zwischen den verschiedenen Stämmen können diese Viren ein außergewöhnlich breites Spektrum von Wirten infizieren, darunter Säugetiere, Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Insekten. 18, 19 Auftretende Ereignisse können zu Hunderttausenden von Infektionen beim Menschen führen. 20, 21 Die molekulare Grundlage dieses breiten Wirtsspektrums ergibt sich aus der Formbarkeit des Alphavirus-Wirtsbindungsproteins, dem E2-Hüllglykoprotein, und seiner Fähigkeit, den hochkonservierten Lamininrezeptor zu binden.

Einzelne Aminosäuresubstitutionen im E2-Hüllglykoprotein, das aus der Alphavirus-Capsidoberfläche hervorragt, wurden mit der Erweiterung des Wirtsspektrums in Verbindung gebracht. 17 Es wurde gezeigt, dass viele dieser Substitutionen in einer spezifischen Domäne von E2 auftreten, die ungefähr die Aminosäurereste 190–260 umfasst (Teil von Domäne B, siehe Abb. 1). 22-31 Mutationen in dieser Region sind auch mit der Flucht vor der durch monoklonale Antikörper vermittelten Neutralisation verbunden. 32-34 Schmied et al. verwendeten Kryoelektronenmikroskopie, um zu zeigen, dass Fragment-Antigen-bindende (Fab)-Fragmente die äußerste Spitze des E2-Glykoproteins von Sindbis- und Ross-River-Viren binden, was ungefähr den Aminosäuren 190–260 des E2-Proteins entspricht. 35 Ein Bindungsmotiv der Klasse-III-PDZ-Domäne wurde an den Resten 213–216 identifiziert. 36 PDZ-Domänen sind Protein-Interaktionsmodule, die kurze Aminosäuremotive an den C-Termini von Zielproteinen erkennen. 37 Es ist diese Region, die vermutlich den Lamininrezeptor bindet, und Veränderungen in der Aminosäuresequenz, die diese Region bildet, ermöglichen wahrscheinlich die Bindung an verschiedene Lamininrezeptorvarianten. Darüber hinaus können Alphavirus-Wirtsverschiebungen durch die Unverzichtbarkeit und den Mangel an struktureller Flexibilität des hochkonservierten Lamininrezeptors erleichtert werden. 39, 40 Die E2-Wirtsrezeptor-Bindungsstelle wurde wahrscheinlich durch natürliche Selektion so geformt, dass sie flexibel ist, um verschiedene Wirts-Laminin-Rezeptoren zu binden, was Alphaviren die Fähigkeit verleiht, Wirte leicht zu verschieben.

Ein weiteres gut untersuchtes Beispiel für Veränderungen der Bindungsavidität, die mit Virus-Wirtswechsel einhergeht, stammen von Influenza-A-Viren (IAV). Bei Vögeln binden IAV-Wirtsbindungs-Hämagglutinine bevorzugt Oligosaccharide, die mit einer Sialinsäure enden, die durch α2,3-Bindungen an Galactose gebunden ist. Im Gegensatz dazu bevorzugen humane IAVs Sialinsäuren mit α2,6-Bindungen. 61 Bereits eine oder zwei Mutationen in Hämagglutinin können die Bindungs-Avidität signifikant verändern, um entweder humane oder aviäre Sialinsäuren zu begünstigen. 62-73 Mehrere Studien haben vorgeschlagen, dass subtile Veränderungen in den elektrostatischen Eigenschaften der Virus-Wirtsrezeptordomäne und erhöhte Möglichkeiten für Wasserstoffbrückenbindungen mit komplementären Domänen auf Wirtssialinsäuren eine Erweiterung des Wirtsspektrums ermöglichen. 61-65 Entscheidend ist, dass Mutationen, die die Bindung an menschliche Rezeptoren ermöglichen, die Bindung an Vogelrezeptoren nicht ausschließen und umgekehrt, obwohl die Bindungsaffinitäten typischerweise reduziert sind. 61, 68, 71-73 Die Fähigkeit, sowohl menschliche als auch Vogelrezeptoren zu binden, ermöglicht die Möglichkeit, dass ein Virus mit breitem Wirtsspektrum in einem Wirt amplifiziert werden könnte, während der andere periodisch infiziert wird, was in der ökologischen Theorie als Quelle-Senke-Szenario beschrieben wird. 74, 75 Die Quelle-Senke-Evolution und ihre Bedeutung für die virale Ökologie werden später in diesem Artikel diskutiert.

Entstehung in Zahlen

Die geringe Anzahl von Mutationen, die erforderlich sind, um Wirte zu verschieben, hat erhebliche Auswirkungen auf die Virusentstehung. Angesichts kleiner viraler Genome und großer Populationsgrößen kann die Anzahl potenzieller Mutanten im Wirtsbereich in einer Probe überraschend groß sein. Ein 10-kb-Genom hat maximal 3 × 10 4 potenziell unabhängige Einzelmutanten, was deutlich unter der durchschnittlichen Populationsgröße von Viren liegt. Da ein beträchtlicher Anteil dieser Mutanten aufgrund tödlicher Mutationen biologisch nicht durchführbar ist, können 76 zwei oder drei Replikationsrunden eines einzelnen Virus jede mögliche lebensfähige Mutation einen Schritt vom elterlichen Genotyp entfernt erzeugen.

Ein einfaches Gedankenexperiment veranschaulicht, wie einfach es ist, Mutanten im Wirtsbereich in Viren mit hoher Mutationsrate zu erzeugen. Ein einziges Niesen kann 20.000 Tröpfchen ausstoßen, wobei jedes Tröpfchen 1.000 Viruspartikel enthält. 77 Unter der Annahme, dass eine einzelne Nukleotidsubstitution A→T in einem 10-kb-Genom die Fähigkeit bietet, einen neuen Wirt zu infizieren, könnten 10.000 Viruspartikel in diesem Niesen enthalten sein, die Mutationen aufweisen, die es ihnen ermöglichen, einen neuen Wirt zu infizieren. Obwohl die meisten Virusmutationen hochgradig schädlich, ja sogar tödlich sind, haben 76 Mutationen, die das Wirtsspektrum erweitern, oft nur minimale Auswirkungen auf die virale Fitness nativer Wirte, obwohl dies keineswegs universell ist. 78-81 Da die Wirksamkeit der reinigenden Selektion proportional zur Stärke der Selektion ist, kann eine Folge davon sein, dass leicht schädliche Mutationen in Quasispezies-Schwärmen in primären Wirtspopulationen über lange Zeiträume bestehen können. 82, 83 Aufgrund genetischer Drift und anderer stochastischer Prozesse könnte ihre Häufigkeit in der Wirtspopulation sogar zunehmen. In unserem Beispiel könnten 10.000 Mutanten im Wirtsbereich pro Niesen die Anzahl der Partikel, die einen neuen Wirt infizieren können, deutlich unterschätzen. Es ist klar, dass der erste Schritt der Virusentstehung nicht der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt ist.

Virusentstehung durch Rekombination oder Reassortierung

Virus-Wirtsverschiebungen können auch durch groß angelegte genomische Umlagerungen zwischen verwandten Viren erfolgen, d. h. durch die Rekombination homologer genetischer Sequenzen, den Erwerb nichthomologer Sequenzen (dh illegitime Rekombination) oder die Neuordnung von Virusgenomsegmenten (Abb. 2 .). ). 84, 85 Die Rekombination ist bei den DNA-Viren relativ häufig. 86-88 Während die Rekombinationsfrequenzen beträchtlich variieren, weisen einige DNA-Viren extrem hohe Rekombinationsraten auf. In einer Studie zum Blumenkohlmosaikvirus waren 53,8% der nach einer einzigen Passage wiedergewonnenen Genome rekombinant. 89 Beim Brome-Mosaik-Virus ist praktisch jedes Virus rekombinant. 90 Die nichtreplikative Rekombination verwendet enzymvermittelte Bruch-Reparatur-Mechanismen, ähnlich wie bei DNA-basierten Genomen. 91 Somit kann die Funktion(en) der Rekombination bei DNA-Viren den hypothetischen Funktionen der Rekombination bei anderen klonalen Organismen ähnlich sein. Das heißt, die Rekombination in DNA-Viren kann dazu dienen, DNA zu reparieren, Mutationen zu entfernen, Kopplungsungleichgewichte aufzubrechen und die Genomintegrität aufrechtzuerhalten. 92 Darüber hinaus kann die Rekombination es Viren ermöglichen, vom Wirt kodierte Gene einzufangen und zu verwenden, um Wirte zu manipulieren und die Infektiosität zu erhöhen (Abb. 2). 93 Zum Beispiel erwarb das Epstein-Barr-Herpesvirus wahrscheinlich durch Rekombination ein Homolog des menschlichen Interleukin-10, genannt BRCFI. BRCFI hemmt die Synthese antiviraler Zytokine und stimuliert die Produktion von B-Zellen, in denen sich das Virus repliziert. 94

Im Gegensatz zur DNA-Virus-Rekombination erfolgt die RNA-Virus-Rekombination hauptsächlich durch einen anderen Mechanismus, der als Copy-Choice-Rekombination bezeichnet wird, obwohl ein Teil der RNA-Virus-Rekombination durch nicht-replizierende Mechanismen erfolgen kann. 95-97 Bei der Copy-Choice-Rekombination wechselt ein RNA-abhängiges RNA-Polymerase-Molekül während des Prozesses der Genomreplikation von einem Template-RNA-Molekül zu einem anderen (Abb. 2). Wenn die beiden Matrizen unterschiedliche genetische Informationen enthalten, können diese Unterschiede zu demselben RNA-Molekül rekombiniert werden. Die Rekombinationshäufigkeit variiert stark zwischen den RNA-Viren. Diese Variation der Rekombinationshäufigkeit kann die vielfältige Natur der RNA-Genome widerspiegeln. RNA-Virusgenome können aus +ssRNA, Negativ-Sense, einzelsträngiger RNA (–ssRNA) oder doppelsträngiger RNA (dsRNA) bestehen. Rekombination ist bei –ssRNA-Viren selten, 95 aber bei Retroviren häufig, insbesondere bei HIV, wo die Rekombinationsraten die Mutationsraten übersteigen können. 98 Rekombinationsfrequenzen bei den +ssRNA-Viren sind gemischt. Einige Gruppen zeigen hohe Rekombinationsraten (z. B. Picornaviridae), während in anderen Fällen eine Rekombination selten oder nicht vorhanden ist (z Flaviviridae und Leviviridae). 84

Einige dieser Unterschiede können von mechanistischen Beschränkungen der Rekombination herrühren. Beispielsweise werden –ssRNA-Viren oft in Ribonukleoproteinkomplexen gebunden, was die Möglichkeiten zur Hybridisierung zwischen komplementären Sequenzen einschränkt. Die Verkapselung von dsRNA-Viren in Nukleokapsiden während der Genomreplikation verhindert die Rekombination. In anderen Fällen kann die Seltenheit der Rekombination jedoch mehr mit der Virus- und Wirtslebensgeschichte zu tun haben. Beispielsweise wurde bei den durch Zecken übertragenen Flaviviren keine Rekombination beobachtet. Zecken fressen normalerweise einmal in jedem Lebensabschnitt (als Larve, Nymphe und Erwachsene). Daher ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine infizierte Zecke von einem Wirt ernährt, der mit einem anderen Virusstamm infiziert ist, gering. Da die Rekombination die Koinfektion desselben Wirts durch mehrere Virusstämme erfordert, kann die Seltenheit der Zeckenkoinfektion das Fehlen einer Rekombination unter den durch Zecken übertragenen Flaviviren erklären. 99

Es wurde gezeigt, dass die Virusrekombination die Virusentstehung erleichtert. 88, 100-109 Ein Rekombinationsereignis kann einem Wirtsrezeptorgen einen neuen genetischen Hintergrund verleihen, der dem rekombinanten Virus die Fähigkeit verleiht, Zugang zu einer Wirtszelle zu erlangen, ohne eine aktive Immunität des Wirts auszulösen. Zum Beispiel wurde das Spike-Glykoprotein-Gen (Wirtsrezeptor) des infektiösen Bronchitisvirus des Vogel-Coronavirus, einem Virus der oberen Atemwege von Hühnern, durch ein Spike-Gen aus einer unbekannten Quelle ersetzt. 101 Das chimäre Virus erlangte die Fähigkeit, Puten zu infizieren und Krankheiten zu verursachen, jedoch als enterisches Virus, nicht als respiratorisches Virus. Darüber hinaus besaß dieses neue Virus, das jetzt als Truthahn-Coronavirus bezeichnet wird, nicht mehr die Fähigkeit, Hühner zu infizieren.

Eine gute Fallstudie über rekombinationserleichterte Emergenz bieten die Geminiviren, eine große Gruppe von vektorübertragenen Viren, die Pflanzen infizieren. Geminiviren sind einzigartig in der Viruswelt, da sie ihr 3-kb-Einzelstrang-DNA-Genom in zwei unvollständige Ikosaeder verkapseln, um ein Zwillingspartikel zu bilden. 110 Die meisten Geminiviren, mit Ausnahme der bipartititen genomischen Begomoviren, sind monopartit. Diese Viren wurden mit einer Reihe von verheerenden Pflanzenkrankheiten in Verbindung gebracht, darunter Maissträhnen-, Maniok-Mosaik-, Baumwollblattlocken- und Tomatengelbblattlockenkrankheiten. 104-109, 111, 112

Die Interspezies-Rekombinationsraten unter den Geminiviren gehören zu den höchsten aller Viren. 104, 106, 113 Einige dieser Rekombinationsereignisse haben zu destruktiven neuen Varianten geführt. 1988 trat beispielsweise in Uganda eine extrem virulente Form des Mosaikvirus auf, die Ernten des Grundnahrungsmittels Maniok zerstörte und Nahrungsmittelknappheit und Hungersnöte verursachte. Der neue Erreger breitet sich von seiner Quelle aus mit einer Geschwindigkeit von 20–25 km/Jahr aus. 114 Die Uganda-Variante (EACMV-UG2), wie sie genannt wurde, erwies sich als Rekombinante des African Cassava Mosaic Virus (ACMV) und des East African Cassava Mosaic Virus (EACMV), die trotz ihrer ähnlichen Namen nicht eng verwandt sind. 105, 114 Insbesondere wurde der EACMV-UG2-Stamm erzeugt, als der EACMV-Stamm ein Fragment des ACMV-Hüllproteins annahm. Angesichts der Rolle von Geminivirus-Hüllproteinen bei der intraplantären Bewegung und der Übertragung von Vektoren zwischen Pflanzen sollte es nicht überraschen, dass das Protein mit einer Emergenzepisode verbunden ist. 115 Ähnliche rekombinationsvermittelte Emergenzereignisse können bei anderen Geminiviren aufgetreten sein, einschließlich EACMV-Erscheinung in Kamerun, 116 Tomaten-Gelb-Blatt-Curl-Erscheinung in Spanien und im Mittelmeerraum, 108, 117, 118 Cotton Leaf Curl-Virus in Pakistan, 107, 119 und Zuckerrohr Gelbblattvirus auf Hawaii. 120

Die Häufigkeit der Rekombination zwischen den Geminiviren kann auf ihre bedeutende Rolle in der Virusbiologie zurückzuführen sein. Geminivirus-Genome werden unter Verwendung von rekombinationsabhängigen Mechanismen repliziert. 121, 122 Rekombination kann auch ein Mechanismus für die Reparatur von DNA-Mutationen sein. 123 Trotzdem kann die Rekombination eine Rolle bei der Generierung der genetischen Vielfalt des Virus und der Erleichterung von Wirtsverschiebungen spielen. 104, 106, 112, 117, 124-127 Tatsächlich gibt es beträchtliche Hinweise darauf, dass die Rekombination in den Geminiviren an bestimmten Stellen im Genom stattfindet, die als Hotspots bezeichnet werden. 108, 113, 118, 128-130 Viele dieser Hotspots neigen dazu, die Genintegrität zu bewahren, da die Bruchstellen in intergenischen Regionen gefunden werden. 131 Dagegen sind Genregionen, wie die des Hüllproteins cp, sind Rekombinations-Coldspots. 132 Ein häufiger Rekombinations-Hotspot bei Geminiviren befindet sich an der Schnittstelle Hüllprotein/kleine intergene Region (cp/SIR). 129, 130, 133, 134 Es ist plausibel, dass die Genomarchitektur von Geminiviren ausgewählt wurde, um den Austausch des Hüllproteinmoduls zwischen verschiedenen Virusstämmen zu beschleunigen und so den Wirtswechsel zu erleichtern.

Reassortierung tritt nur bei segmentierten oder mehrteiligen Viren auf. Wenn zwei oder mehr segmentierte Viren dieselbe Zelle infizieren, können ihre replizierten Segmente unabhängig vom Ursprungs-Elternteil in Prokapside verpackt werden, wodurch Viren mit einer Mischung von Segmenten erzeugt werden, die von beiden Elternteilen erworben wurden (Fig. 2). 100, 135, 136 Alternativ, wie bei den mehrteiligen Viren, wird jedes Genomsegment unabhängig in ein separates Viruspartikel verpackt, aber alle Partikel sind für eine erfolgreiche Wirtsinfektion erforderlich. 137 Reassortment ist bei einigen Viren üblich, einschließlich der Reoviren (z. B. Rotavirus), 138 Orthomyxoviren (z. B. Influenzavirus), 139-141 Bunyaviren (z. B. Hantavirus), 142-144 und Bromoviren (z. B. Gurkenmosaikvirus). 145, 146 Möglicherweise erfüllt das Reassortment eine ähnliche Rolle wie die Rekombination, indem es genetische Vielfalt erzeugt und Wirtsverschiebungen erleichtert.

Der vielleicht bekannteste Fall von Reassortierung, der zur Erweiterung des Virus-Wirtsspektrums führte, stammt aus der IAV-H1N1-Pandemie von 2009. Es wird angenommen, dass dieses Virus aus einem Dreifach-Reassortment-Ereignis im Jahr 1998 stammt, bei dem IAV-Segmente von Vögeln, Schweinen und Menschen zu einem H3N2-IAV kombiniert wurden, das in Schweinen zirkulierte. 147-149 Dieses Virus enthielt Nukleoprotein (NP), Matrixprotein (M) und nichtstrukturelle Protein (NS)-Segmente aus einem Schweineinfluenza-Stamm Hämagglutinin (H3), Neuramidase (N2) und Polymerase-Untereinheits- (PB1)-Segmente aus dem saisonalen Human Influenza-Stamm und Polymerase-Untereinheiten (PB2, PA) von einem Vogelgrippe-Stamm. 147 Anschließend wurde dieses Virus mit Hämagglutinin (H1)- und Neuramidase (N1)-Segmenten aus der klassischen Schweinegrippe neu sortiert und erworben. 147, 150, 151 Im Jahr 2009 wurde dieser H1N1-Schweinestamm mit einem von Vögeln stammenden H1N1-Schweinestamm aus Europa neu sortiert, erwarb die M- und N1-Segmente, wechselte anschließend den Wirt und tauchte in menschlichen Populationen auf (Abb. 3). Als die Pandemie nachließ, meldete die Weltgesundheitsorganisation 18.631 laborbestätigte Todesfälle, aber Studien deuten darauf hin, dass die Gesamtzahl der Todesopfer zehnmal höher war. 152

Adaptive Landschaften, Pleiotropie, Epistase und Emergenz

Man kann sagen, dass ein Virus eine Position in einer adaptiven Landschaft einnimmt, die seinem Wirt entspricht. Eine adaptive Landschaft ist definiert als ein Netzwerk von Genotypen, die durch Mutationspfade verbunden sind. 153, 154 Dieses Netzwerk von Genotypen wird als dreidimensionale Topologie von Spitzen und Tälern visualisiert, die den Fitnesswerten der zugehörigen Genotypen entsprechen. Die Relevanz adaptiver Landschaften für die Virusentstehung ergibt sich aus der Tatsache, dass die meisten Emergenzereignisse erfordern, dass ein Virus seine Fitness auf dem neuen Wirt signifikant erhöht, sodass die Übertragung zwischen Wirten aufrechterhalten werden kann. Wenn ein Virus in einem neuen Wirt auftaucht, geht es in eine neue adaptive Landschaft über. Im Gegensatz zu der Landschaft, die seinem vorherigen Wirt entspricht, ist es äußerst unwahrscheinlich, dass das aufkommende Virus an den neuen Wirt präadaptiert ist, daher müsste das Virus einen neuen Fitnessgipfel erklimmen, um vollständig im neuen Wirt aufzutauchen.

Ein Beispiel für die Herausforderungen, denen sich ein Virus gegenübersieht, wenn es auf einem neuen Wirt auftaucht, ist der Bakteriophage φ6. Eine oder zwei Mutationen ermöglichen es dem Bakteriophagen φ6, einen neuen Wirt zu infizieren, Pseudomonas pseudoalcaligenes. Die absolute Fitness des Phagen auf dem neuen Wirt ist jedoch ungefähr eine Größenordnung niedriger als seine Fitness auf dem ursprünglichen Wirt (Abb. 4). 74, 78 Darüber hinaus führte jede Mutation zu einer Verringerung der absoluten Fitness um bis zu 10 % im ursprünglichen Wirt, Pseudomonas phaseolicola (Abb. 4). 78 Um ihre Fitness zu steigern P. pseudoalcaligenes auf ein Niveau, das mit dem ursprünglichen Wirt vergleichbar ist, müssen diese φ6-Mutanten durch eine neue adaptive Landschaft mit unvorhersehbarer Topologie navigieren, bevor sie aussterben.

Wenn ein Virus zu einem Genotyp mutiert, der die Infektion eines neuen Wirts ermöglicht, hängt die genaue Topologie der adaptiven Landschaft auf dem neuen Wirt von den Fitnesswerten der Genotypen neben dieser neuen Position ab. Um von seiner aktuellen Position in der Landschaft zu einem Wirt mit dem höchsten Fitnessgrad aufzusteigen, muss das mutierte Virus eine adaptive Flugbahn durchqueren, die durch diese dazwischenliegenden Genotypen verläuft. Mehrere adaptive Landschaftsmerkmale können die Fähigkeit eines Virus beeinflussen, einen neuen Fitness-Peak zu erklimmen, einschließlich der genetischen Distanz vom aktuellen Standort zum Genotyp, der den neuen Fitness-Peak repräsentiert, jegliche Interaktionen zwischen Mutationen entlang dieser adaptiven Flugbahn und die Robustheit der adaptiven Landschaft.

Die genetische Distanz bezieht sich auf die Anzahl von Mutationen, die zwei beliebige Genotypen in einer adaptiven Landschaft trennen. Es gibt mindestens zwei Faktoren, die die Wahrscheinlichkeit des Überquerens größerer Distanzen in adaptiven Trajektorien begrenzen. Erstens, da die Wahrscheinlichkeiten, bestimmte Mutationen zu erwerben, additiv sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Virus von einem zum anderen navigieren kann, umso geringer, je größer der genetische Abstand zwischen zwei Genotypen ist. Unter der Annahme, dass keine Rekombination und gleiche Mutationswahrscheinlichkeiten an allen Loci vorhanden sind, ist die Wahrscheinlichkeit (P) des Erwerbs mehrerer Mutationen in derselben Abstammung ist (du) n , wo du ist die Mutationsrate pro Generation und n ist die Anzahl der Mutationen, die erworben werden müssen. Wenn also ein Virus mit einer Mutationsrate von 10 –6 fünf Mutationen erwerben muss, um vollständig auf einem neuen Wirt zu erscheinen, dann beträgt die Wahrscheinlichkeit, alle fünf Mutationen derselben Abstammungslinie zu erwerben, 10 –30 . Im Vergleich dazu beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Münze bei 99 aufeinanderfolgenden Münzwürfen Kopf gewinnt, ∼3 × 10 –30 .

Dieses Beispiel zeigt deutlich, dass diese fünf Mutationen nacheinander und nicht gleichzeitig erworben werden müssten, was ein zweites Problem mit sich bringt. Wenn Mutationen sequentiell erworben werden, sind viele Mutationstrajektorien möglicherweise nicht zugänglich. Während die fünf Mutationen zusammen eine hohe Fitness aufweisen können, haben andere Zwischenkombinationen nicht unbedingt eine höhere Fitness als der Ausgangsgenotyp. Tatsächlich könnten sie eine geringere Fitness aufweisen als der Ausgangsgenotyp. In dieser Situation müsste ein Virus ein Fitnesstal durchqueren oder einen alternativen Weg finden, um den Fitnessgipfel zu erreichen. Dies bedeutet, dass Mutationen möglicherweise in einer bestimmten Reihenfolge erworben werden müssen, was die Wahrscheinlichkeit, die dazwischenliegende genetische Distanz zu überwinden, weiter verringert. Experimente zur Erforschung von Mutationstrajektorien wurden selten durchgeführt, aber ein Beispiel stammt aus dem Erwerb einer β-Lactamase-Resistenz in Escherichia coli. Fünf Punktmutationen sorgen für E coli ein hohes Maß an β-Lactamase-Resistenz. Prinzipiell gibt es fünf oder 120 mögliche Mutationstrajektorien. Weinreich et al. zeigten, dass 102 von 120 Trajektorien für die natürliche Selektion unzugänglich waren und viele der verbleibenden wahrscheinlich nicht auftreten würden. 155 Damit wurde gezeigt, dass der Erwerb einer β-Lactamase-Resistenz in E coli konnte nur über eine begrenzte Anzahl von Mutationswegen erfolgen. Die spezifische Reihenfolge, in der Mutationen erworben werden müssen, ist eine Funktion von Epistase und Pleiotropie.

Pleiotropie bezieht sich auf Situationen, in denen Mutationen in einem einzelnen Gen mehrere Merkmale beeinflussen.Eine Mutation, die die Fitness in einem Kontext erhöht, kann gleichzeitig die Fitness in einem anderen Kontext reduzieren, ein Phänomen, das als antagonistische Pleiotropie bezeichnet wird. Ein Beispiel für antagonistische Pleiotropie wurde früher in diesem Artikel vorgestellt, als ich beschrieb, wie Bakteriophagen-φ6-Mutationen, die eine Infektion eines neuen Wirts ermöglichen, die Fitness des ursprünglichen Wirts verringerten (siehe auch Fig. 4). 78 Während die Prävalenz und das Ausmaß der antagonistischen Pleiotropie bei Viren weitgehend unerforscht sind, kann die antagonistische Pleiotropie einige Mutationstrajektorien nicht lebensfähig machen, da Mutationen entlang dieser Trajektorie die Fitness in einigen Kontexten stark reduzieren können. Es wird erwartet, dass die Kompaktheit, Multifunktionalität und das Fehlen von Redundanz, die für Virusgenome charakteristisch sind, antagonistische Pleiotropie zu einer häufigen Folge von Mutationen machen. 156 Eine hohe Häufigkeit antagonistischer pleiotroper Wirkungen bei viralen Mutationen wird die adaptive Evolution bei Viren, die neue Wirte infizieren, einschränken.

Epistase ist das Phänomen, bei dem die Fitnesseffekte einer Mutation vom genetischen Hintergrund abhängen, in dem sie auftritt. Die Zeichenepistase bezieht sich auf eine bestimmte Klasse epistatischer Interaktionen, bei denen der Fitnesseffekt einer Mutation in einigen Hintergründen vorteilhaft, in anderen jedoch schädlich ist. 157 Reziproke Zeichenepistase tritt auf, wenn Mutationen einzeln schädlich, aber nützlich sind, wenn sie zusammen auftreten. 158 Ohne Vorzeichen-Epistase ist die adaptive Landschaft glatt, Fitnesseffekte addieren sich und Mutationen können in beliebiger Reihenfolge eingebaut werden. Bei Vorzeichen-Epistase sind adaptive Trajektorien eingeschränkt und es stehen weniger Wege zur Steigerung der Fitness zur Verfügung. 157 Mit zunehmender Epistase der reziproken Vorzeichen wird die adaptive Landschaft rauer und es wird immer schwieriger, den höchsten Fitnessgipfel zu erklimmen, ohne in lokalen Maxima gefangen zu sein. 158 Experimentelle Studien haben gezeigt, dass Epistase bei Viren weit verbreitet ist. 159-162 Die Prävalenz der Epistase, insbesondere der reziproken Vorzeichen-Epistase, schränkt die adaptive Evolution von Viren ein, indem sie zugängliche evolutionäre Trajektorien einschränkt und es Viren erschwert, globale Fitnessmaxima zu erklimmen.

Ein Beispiel für die begrenzenden Auswirkungen der Epistase stammt von CHIKV, das den Vektor ausnutzt Aedes aegypti um die eigene Übertragung zu erleichtern. Eine einzelne Nukleotidsubstitution (E1-A226V) ermöglicht die Infektion von CHIKV Aedes albopictus, aber trotz der hohen Fülle an Ä. Albopictus in Südostasien hat sich CHIKV in diesem Vektor in dieser Region nie etabliert. 163 Das Versagen der asiatischen CHIKV-Linie, die Ä. Albopictus als Vektor kann auf eine negative epistatische Wechselwirkung zwischen der E1-A226V-Mutation und einem Threoninrest an Position E1-98 zurückgeführt werden. 164 Eine andere CHIKV-Linie, der East/Central/South African Genotype (ECSA), weist Alanin an Position E1-98 auf, das keine negative epistatische Wechselwirkung mit E1-226V aufweist. Tatsächlich führte die E1-T98A-Substitution zu einem fast 100-fachen Anstieg der Infektiosität von Ä. Albopictus von E1-226V. Somit war diese ECSA-Linie in der Lage, die A226V-Mutation zu erwerben, sich an Ä. Albopictus, und dringen in die südostasiatische Nische ein. 164 Seit Ä. Albopictus hat ein breiteres Spektrum als Ä. Ägypter in gemäßigten Zonen 165 könnte dieser Linienwechsel zur Ausweitung von CHIKV in neue Regionen führen.

Zusammengenommen können Epistase, Pleiotropie und genetische Distanz erklären, warum trotz der Leichtigkeit des Erwerbs von Mutationen, die das Wirtsspektrum erweitern, Pandemieviren relativ selten sind. Diese Merkmale adaptiver Landschaften könnten erklären, warum einige Viren, wie das Virus des schweren akuten respiratorischen Syndroms (SARS), in neuen Wirtspopulationen nicht auftreten. Im Jahr 2002 infizierte ein Ausbruch von SARS in Guangdong, China, schließlich Tausende von Menschen in Südostasien und Nordamerika. Relativ geringe Fitness von SARS (Grundreproduktionszahl, R0 = 1,6), ein hohes Maß an Heterogenität der Wirtspopulation im Übertragungspotenzial (k) und die rasche Mobilisierung von Eindämmungsverfahren führte zur Ausrottung des Ausbruchs bis Ende 2003. 166 Daraus folgt, dass SARS nicht in der Lage war, den adaptiven Verlauf, der erforderlich war, um seine grundlegende Reproduktionszahl zu erhöhen und einen breiteren Ausbruch zu verursachen, nicht effektiv zu steuern. Robuste adaptive Landschaften, die mit Wirtswechseln verbunden sind, können die Anpassung des Wirts angesichts der anderen ökologischen und umweltbedingten Einschränkungen bei der Virusreproduktion und -übertragung zu schwierig machen. Die Fähigkeit von Organismen, adaptive Trajektorien zu navigieren, wird als Evolvierbarkeit bezeichnet.

Entwickelbarkeit von Viren

Evolvabilität ist definiert als die Fähigkeit einer Population, ihre Fitness im Laufe der Zeit als Reaktion auf Veränderungen in der Umwelt zu steigern. 5, 167 Zu den Komponenten der Evolvierbarkeit gehören hohe Mutationsraten, ein hohes Maß an ständiger genetischer Variation, große Populationsgrößen, die Möglichkeit zur genetischen Neuordnung, modulare Genome und kurze Generationszeiten, die alle für Viren charakteristisch sind. 5, 167 Da die Entwicklungsfähigkeit als Reaktionsgeschwindigkeit eines Organismus auf Umweltveränderungen oder, formaler ausgedrückt, als nicht synonyme Substitutionsrate eines Organismus ausgedrückt werden kann, sind 168 Viren außergewöhnlich evolvierbar. Die durch phylogenetische Analysen geschätzten Virusnukleotid-Substitutionsraten liegen typischerweise zwischen 10 –2 und 10 –5 Substitutionen pro Standort und Jahr, 169, 170, obwohl die Substitutionsraten beträchtlich schwanken. 171

Viren und ihre Genome weisen viele Anzeichen auf, dass sie auf erhöhte Evolutionsfähigkeit selektiert wurden, und dies kann eine Folge der ökologischen Anforderungen sein, die an Viren gestellt werden, um sich schnell zu verändern. Als Hauptfaktoren für das Auftreten von Parvoviren bei Hunden wurden hohe Mutationsraten und schnelle Adaptation genannt. 172 Bei HIV ist die Hülle (env) Genfixierte adaptive Mutationen im Durchschnitt alle 3,3 Monate oder alle 25 Virusgenerationen, was die schnellste jemals gemessene adaptive Rate war. 173 Diese außergewöhnlich schnelle Evolutionsrate zeugt nicht nur von der Evolutionsfähigkeit von HIV, die evolutionäre Veränderungen erleichtert, sondern auch von der Stärke der Selektion durch das menschliche Immunsystem, die evolutionäre Veränderungen erfordert.

Die Fähigkeit zur schnellen Evolution macht Viren besonders tückisch, da sie der Wirtsimmunität, Wirtsresistenz und antiviralen Behandlung schnell entkommen und sich schnell anpassen können, um ihre Fitness auf neue Wirte zu erhöhen. Dieses Merkmal der Virusevolution ist besonders ausgeprägt bei der HIV-Evolution innerhalb des Wirts, wo Virus-Phylogenien im Laufe der Zeit eine leiterartige Struktur aufweisen. Hier dehnen sich aufeinanderfolgende Wellen von Virus-Genotypen als Reaktion auf die vom Wirt auferlegte diversifizierende Selektion aus und ziehen sich zusammen, insbesondere in der Hülle (env) Gen. 174 Diese Phylogenien stehen in dramatischem Kontrast zur HIV-Evolution zwischen den Wirten, die stärker verzweigte Verteilungen zeigen, wenn verschiedene Linien überleben und sich im Laufe der Zeit differenzieren. 174

Hohe virale Mutationsraten können jedoch ein zweischneidiges Schwert sein. Während der Erwerb von nützlichen Mutationen erleichtert wird, kann die hohe Häufigkeit schädlicher Mutationen Viruspopulationen „in Sandsack“ bringen und die adaptive Evolution verlangsamen. 175, 176 Die Auswirkungen der Mutationslast sind in kleinen Populationen oder wenn Populationen Engpässe passieren stärker ausgeprägt. 177, 178 Viren erleben naturgemäß schwere Engpässe bei der Übertragung zwischen den Wirten. Es wird erwartet, dass nur ein winziger Bruchteil des Wachstums einer Viruspopulation innerhalb des Wirts erfolgreich auf einen neuen Wirt trifft. Diese Engpässe können zu einem Verlust der genetischen Vielfalt, Mutationsakkumulation und Fitnessverlusten führen. Beispielsweise führten in einer evolutionären Studie des Potyvirus-Tabak-Etch-Virus starke Engpässe bei seriell passagierten Viruspopulationen zu Fitnessverlusten von ∼ 5 % pro Passage. 179

Da die Anzahl der Viren, die zwischen Wirten übertragen werden, proportional zu ihrem Wachstum innerhalb des Wirts ist, haben Viren, die innerhalb eines Wirts schlecht wachsen, eine geringere Wahrscheinlichkeit, übertragen zu werden. Dieser Punkt ist besonders relevant für neu auftretende Viren, da von ihnen erwartet wird, dass sie sich nur schlecht an neue Wirte anpassen. 16 Da neu auftretende Viren oft schlecht adaptiert sind, wird die Replikation innerhalb des Wirts reduziert und dementsprechend auch die Anzahl der vom Wirt freigesetzten Viren. Dies hat zwei Konsequenzen. Erstens wird die Anzahl der Viren in Übertragungsvehikeln (z. B. Nieströpfchen, Fomites usw.) verringert, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass sie von einem anderen Wirt aufgenommen werden. Zweitens wird, wenn ein neuer Wirt angetroffen wird, auch die Anzahl der in den Wirt eindringenden Partikel verringert, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass sich das Virus in diesem Wirt etablieren kann, ohne vom Immunsystem eliminiert, inaktiviert oder aus dem Organismus ausgewaschen zu werden. Tatsächlich verstärken sich diese Effekte wahrscheinlich bei jedem Übertragungsereignis in einem Teufelskreis und führen wahrscheinlich zu stotternden Übertragungsketten, die schließlich erlöschen. 180, 181 In diesem Sinne kann die Populationsdynamik von voremerenten Viren durch das Source-Sink-Paradigma der Ökologie beschrieben werden, das später in diesem Beitrag ausführlicher diskutiert wird.

Entstehung und Entwicklung der Virulenz

Ein dauerhaftes Paradoxon in der Evolutionsbiologie ist der Schaden, den die Parasiten den Wirten zufügen, deren Überleben von ihnen abhängt. Die Beeinträchtigung und/oder der Tod eines Wirts scheinen nachteilig für den Parasiten zu sein, der für Wachstum und Übertragung von ihm abhängig ist. Frühe Theorien, die darauf hindeuteten, dass sich Viren zu einer gutartigen Koexistenz mit Wirten entwickeln, sind zu einer Theorie gereift, die den Nutzen und die Kosten der Virulenz (Gegensätze) für die Virusübertragung betont. Kurz gesagt, jedes Virus hat eine optimale Virulenz, die die Übertragung zwischen den Wirten maximiert. Eine Zunahme oder Abnahme der Virulenz wird sich insofern entwickeln, als sie auch die Virusübertragung erhöht. 182 In Bezug auf die Virusentstehung ergibt sich die Relevanz der Virulenzentwicklung hauptsächlich aus der angenommenen Diskrepanz zwischen der Virusvirulenz in einem neuen Wirt und seiner optimalen Virulenz in diesem Wirt. Da sich ein neu auftretendes Virus definitionsgemäß nicht an seinen Wirt angepasst hat, ist es unwahrscheinlich, dass seine Virulenz in diesem Wirt optimal ist.

Wir können spekulieren, dass viele Virus-Spillover-Ereignisse aufgrund einer nicht optimalen Virusvirulenz nicht zur vollständigen Entstehung fortschreiten. Das Ebola-Virus (EBOV) beispielsweise zeichnet sich durch seine extreme Virulenz beim Menschen aus. Die Sterblichkeitsrate aufgrund von EBOV beträgt ungefähr 50%. 183 Da EBOV durch direkten Kontakt mit infizierten Personen verbreitet wird, verkürzt die übermäßige Virulenz von EBOV die Dauer der Infektiosität und die Kontaktrate von Mensch zu Mensch und verringert so das Übertragungspotenzial des Virus. Diese Verringerung der Übertragung mag der Grund dafür sein, dass EBOV-Ausbrüche bisher räumlich auf bestimmte Regionen Afrikas beschränkt sind. EBOV-Ausbrüche haben jedoch sowohl bei der Zahl der infizierten Personen als auch bei den betroffenen Gebieten einen Aufwärtstrend verzeichnet. Der jüngste Ausbruch in Westafrika führte zu 25.000 Infektionsfällen und 10.000 Todesfällen in drei Ländern, was die Gesamtzahl aller früheren EBOV-Ausbrüche zusammen überstieg. 184 Berichte, die die EBOV-Entwicklung während des jüngsten Ausbruchs untersuchen, warnen davor, dass das Virus schließlich eine stärkere Übertragung entwickeln und vollständig in der menschlichen Bevölkerung auftreten könnte. 185, 186

Übermäßige Virulenz ist nicht der einzige Grund, warum ein Virus möglicherweise nicht auftaucht. Ein unzureichend virulentes Virus kann das gleiche Schicksal erleiden, da das Wachstum innerhalb des Wirts nicht hoch genug ist, um eine Übertragung auf einen neuen Wirt zu bewirken. Darüber hinaus kann das schwach virulente Virus im direkten Wettbewerb um Ressourcen mit einem virulenteren Genotyp verlieren. Ein Beispiel für den kompetitiven Ersatz eines schwach virulenten Virus durch einen virulenteren Genotyp ist der Denguevirus Serotyp 3 (DENV-3). Vor 1989 war DENV-3 auf dem indischen Subkontinent endemisch, verursachte jedoch beim Menschen eine leichte oder keine Krankheit. 187 Nach 1989 änderte sich die Virulenz von DENV-3 und führte zu Ausbrüchen des hämorrhagischen Dengue-Fiebers, einer schweren, oft tödlichen Form der Krankheit. Messer et al. zeigten, dass das plötzliche Auftreten des hämorrhagischen Dengue-Fiebers durch die kompetitive Verdrängung des DENV-3-Stammes der Gruppe A durch den DENV-3-Stamm der Gruppe B auf dem indischen Subkontinent verursacht wurde. 187 Nachfolgende Arbeiten zeigten, dass der DENV3-Stamm der Gruppe B in Ä. Ägypter effizienter als der DENV3-Stamm der Gruppe A, was darauf hindeutet, dass der invasive Stamm effektiver übertragen wird. 188


Ein Knotenproblem aufschneiden

Das kann wie bei Scholze in Form einer „Beweishilfe“ erfolgen oder tiefer gehen. Im Jahr 2018 löste Lisa Piccirillo, damals Doktorandin an der University of Texas, ein seit langem bestehendes Geometrieproblem über eine Form namens Conway-Knoten. Sie bewies, dass der Knoten „non-slice“ war – dies ist eine Tatsache darüber, wie der Knoten aus der Perspektive vierdimensionaler Wesen aussieht. (Hast du das verstanden? Wahrscheinlich nicht, aber es spielt keine Rolle.) Der Punkt ist, dass dies ein bekanntermaßen schwieriges Problem war.

Ein paar Jahre vor Piccirillos Durchbruch hatte ein Topologe namens Mark Hughes von Brigham Young versucht, ein neuronales Netzwerk dazu zu bringen, gute Vermutungen darüber anzustellen, welche Knoten geschnitten wurden. Er gab ihm eine lange Liste von Knoten, bei denen die Antwort bekannt war, so wie einem bildverarbeitenden neuronalen Netz eine lange Liste von Bildern von Katzen und Bildern von Nicht-Katzen gegeben würde.

Das neuronale Netz von Hughes hat gelernt, jedem Knoten eine Zahl zuzuordnen, wenn der Knoten Slice wäre, sollte die Zahl 0 sein, während wenn der Knoten kein Slice wäre, das Netz eine ganze Zahl größer als 0 zurückgeben sollte. das neuronale Netz sagte für jeden der von Hughes getesteten Knoten einen Wert nahe 1 voraus – das heißt, der Knoten war kein Slice – außer einem. Das war der Conway-Knoten.

Für den Conway-Knoten lieferte das neuronale Netz von Hughes eine Zahl sehr nahe an 1/2, was bedeutet, dass es zutiefst unsicher war, ob man 0 oder 1 beantworten sollte. Das ist faszinierend! Das neuronale Netz identifizierte korrekt den Knoten, der ein wirklich schwieriges und mathematisch reiches Problem darstellte (in diesem Fall eine Intuition wiedergebend, die Topologen bereits hatten).

Manche Leute stellen sich eine Welt vor, in der Computer uns alle Antworten geben. Ich träume größer. Ich möchte, dass sie gute Fragen stellen.

DR. Jordan Ellenberg ist Mathematikprofessor an der University of Wisconsin und Zahlentheoretiker, dessen populäre Artikel über Mathematik in der New York Times, dem Wall Street Journal, Wired und Slate erschienen sind. Sein neuestes Buch ist Shape: Die verborgene Geometrie von Information, Biologie, Strategie, Demokratie und allem anderen.


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