Die Geschichte der Biotechnologie

Die geschichtliche Entwicklung der Biotechnologie nachzuvollziehen, ist nicht einfach, denn in der jüngsten Vergangenheit häufen sich die Schlagzeilen über ständig neue Meilensteine, während die Forschung immer weiter voranschreitet. Die Grenze zwischen Fakten und Fiktion ist dabei nicht immer leicht erkennbar. Schnell entsteht der Eindruck, dass die Biotechnologie eine Errungenschaft des letzten Jahrzehnts ist. In Wirklichkeit wurden jedoch viele der notwendigen Grundlagen deutlich früher erarbeitet.

Chronologie - Biotechnologie -

1865 Mendel beschreibt die Grundlagen der Vererbungslehre. 1902 Spemann klont Molche aus Embryozellen. 1919 Ereky prägt den Begriff "Biotechnologie". 1952 Briggs und King führen den ersten experimentellen Zellkerntransfer bei embryonalen Fröschen durch. 1953 Watson und Crick entdecken die Doppelhelixstruktur der DNS. 1977 Beginn der Biotechnologie: Genentech, Inc. stellt menschliches Somatostatin in E. coli her. 1980 Patent für öl-absorbierende Bakterien von Exxon Oil wird vom Supreme Court bestätigt. 1980 Schell entdeckt Agrobacterium tumefaciens als Vektor für die Grüne Biotechnologie. 1981 Vermehrungs- und Differenzierungsschritt von Stammzellen können getrennt werden. 1982 Genentech produziert das erste gentechnisch hergestellte Produkt: Insulin. 1983 Sequenzierung des Genoms des Bakteriophagen Lambda. 1984 Willadsen stellt ersten Säugetierklon eines Schafs aus Embryozellen her. 1984 Sequenzierung des Genoms des HI-Virus. 1988 Erstes patentiertes Säugetier: Onkomaus. 1995 Sequenzierung des Genoms des Bakteriums Hemophilus influenza. 1996 Sequenzierung des Genoms von Saccharomyces cerevisae. 1996 Wilmut stellt ersten Säugetierklon von einem adulten Säugetier her: Klonschaf Dolly. 1997 Wilmut stellt ersten transgener Säugetierklon her: Klonschaf Polly. 1998 Sequenzierung des Genoms von Caenorhabditis elegans. 2001 Sequenzierung des Genoms der Maus. 2003 Sequenzierung des Genoms des Menschen. 2004 Veröffentlichung, dass existierende Stammzelllinien wahrscheinlich durch tierische Seren kontaminiert sind.

Außerdem ist es schwierig, die Grenzen der scheinbar jungen Disziplin Biotechnologie scharf abzustecken. Wenn man Biotechnologie als die technische Nutzung biologischer Systeme zur gezielten Herstellung von Produkten definiert, dann reichen die Ursprünge dieser vermeintlich modernen Wissenschaft sehr weit zurück. Auch beim Brauen von Bier oder dem Herstellen von Brot oder Käse kommen biologische Prozesse bzw. Mikroorganismen zum Einsatz, so dass mit einer solchen Definition die Biotechnologie eine bereits Jahrtausende alte Wissenschaft wäre. Bezogen auf eine so weit zurück reichende Geschichte ist die Prägung des Begriffs durch den ungarischen Ingenieur Karl Ereky erst in jüngster Vergangenheit erfolgt. Gleichzeitig ist der Begriff aus dem Jahr 1919 jedoch deutlich älter als die jüngste Erfolgsgeschichte der Biotechnologie.

Auch das Klonen, das spätestens mit dem Schaf Dolly als Meilenstein in den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses gerückt ist, wurde in einfacherer Form in Deutschland schon fast hundert Jahre zuvor erfolgreich durchgeführt. Bereits 1902 teilte der Biologe Hans Spemann einen Molchembryo in zwei Zellen, aus denen danach zwei identische Lebewesen entstanden.

Trotz dieser scheinbar frühen Ursprünge stammt ein Großteil des theoretischen Wissens der modernen Biotechnologie tatsächlich aus dem späten 20. Jahrhundert. An die "Theorie der spontanen Erzeugung von Lebewesen", die die Entstehung von Tieren und Pflanzen aus unbelebter Materie postulierte, glaubte man noch bis zu ihrer Widerlegung durch Francesco Redi im Jahr 1668. Die Grundlage der klassischen Vererbungslehre wurde erst fast 200 Jahre später durch Gregor Mendel formuliert. Bis zum Beginn der Molekulargenetik mit der Entdeckung und strukturellen Charakterisierung der DNS als Grundlage der Erbinformationen durch James Watson und Francis Crick sollte nach Mendel noch fast ein Jahrhundert vergehen. Erst danach waren die theoretischen Grundlagen für die moderne Biotechnologie bekannt, die als Basis für deren praktische Anwendung und kommerzielle Nutzung dienen.

Patentrezepte für Pflanzen und Tiere - Geburt und Aufstieg der modernen Biotechnologie
Die tatsächliche Geburtsstunde der Biotechnologie wird häufig auf das Jahr 1977 festgelegt. In diesem Jahr gelingen erstmalig das Klonen eines menschlichen Gens und die gentechnische Herstellung des menschlichen Hormons Somatostatin durch ein Bakterium. Hinter diesem Durchbruch steht das erste Biotech-Unternehmen der Welt: die ein Jahr zuvor gegründete amerikanische Firma Genentech Inc. Die Grundlage für die Übertragung von DNS von einem Organismus in einen anderen und die daraus resultierende Erschaffung eines rekombinanten Organismus ist vier Jahre zuvor durch ein Experiment in Stanford gelegt worden. Genentech Inc. steht auch 1982 hinter dem ersten gentechnisch hergestellten Medikament. Insulin muss nun nicht länger aus den Bauchspeicheldrüsen von Schweinen gewonnen werden, sondern kann durch ein transgenes Bakterium produziert werden.

Nachdem gentechnisch veränderte Organismen als Produkte entdeckt worden sind, erhält Exxon Oil das erste Patent auf diesem Gebiet zugesprochen. Das rechtlich geschützte Produkt ist ein Bakterium, das in der Lage ist, Öl zu absorbieren. Auch wenn das Patent zunächst angefochten wird, erfolgt 1980 dessen Bestätigung durch die höchste amerikanische Gerichtsinstanz. Im selben Jahr wird das Agrobacterium tumefaciens entdeckt, das sich als Vektor eignet, um gezielt Gene in Pflanzen einzubringen. Mit dieser Entdeckung ist ein erster wichtiger Schritt für die Grüne Biotechnologie getan(LINK FARBEN), und die ersten Patente für transgene Pflanzen werden 1983 erteilt. Bereits 1985 beginnen in den USA Freilandversuche, und ein Jahr später wird dort der Anbau von gentechnisch verändertem Tabak genehmigt. Auf das erste patentierte Säugetier, die transgene Onko-Maus, die mit ihrer Anfälligkeit für Krebs für onkologische Studien verwendet werden soll, muss man noch drei Jahre bis 1988 warten.

Die Grundsteine des Lebens - Das Rennen der Genomprojekte
Während bereits erste Produkte der Biotechnologie auf den Markt kommen, werden Schritt für Schritt die DNS-Sequenzen immer komplexerer Organismen entschlüsselt. 1983 ist es zuerst der Bakteriophage Lambda, dessen genetischer Aufbau veröffentlicht wird. Ein Jahr später wird das Genom des HI-Virus entschlüsselt. Das Bakterium Hemophilus influenza ist 1995 das erste Lebewesen, dessen Genom offen gelegt wird, und ein Jahr später sind die Erbinformationen des ersten komplexen Organismus, der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisae, entziffert. Der Fadenwurm Caenorhabditis elegans ist der erste mehrzellige Organismus, dessen Erbinformationen 1998 entschlüsselt sind. Mit der Bekanntgabe der Sequenzierung des Maus-Genoms liegen 2001 schließlich auch die kompletten Erbinformationen eines Säugetiers vor.

Währenddessen startet 1990 das ehrgeizigste Projekt zur Entschlüsselung von Erbinformationen: Das Human Genome Project beginnt damit, die menschlichen Erbanlagen komplett zu analysieren. Dreizehn Jahre später, also zwei Jahre nach der Entzifferung des Maus-Genoms ist schließlich auch die Entschlüsselung des menschlichen Erbguts abgeschlossen, und die Human-Genom-Organisation (HUGO) speichert die Sequenz der ungefähr drei Milliarden Bausteine in eine Datenbank ein. Bereits fünf Jahre zuvor hat das isländische Parlament eine andere Datenbank beschlossen, in der die Gendaten der gesamten Bevölkerung Islands gespeichert werden sollen.

Aus eins mach zwei - Die Verbreitung der Klone
Ein weiterer Sektor, der mit immer schnelleren Erfolgen aufwarten kann, ist das Klonen von Lebewesen. Auch wenn bereits 1902 Experimente dokumentiert wurden, sind auch die ersten weitergehenden Versuche zunächst darauf beschränkt, Embryonen in Frühstadien zu trennen und damit den natürlichen Mechanismus nachzuvollziehen, durch den eineiige Zwillinge entstehen. Ein Zellkerntransfer, der die Grundlage späterer Klonversuche bildet, gelingt erst 1952, als Robert Briggs und Thomas King mit Hilfe einer Glaspipette eine embryonale Froschzelle entkernen und den Kern in eine andere entkernte Zelle überführen. Auch weitere Klonierungsversuche, wie die Erzeugung des ersten Säugetierklons von einem Schaf durch Steen Willadsen 1984, sind zunächst auf die Arbeit mit embryonalen Zellen beschränkt.

Der entscheidende Durchbruch beim Klonen gelingt jedoch zehn Jahre später am schottischen Rosslin-Institut. Erneut ist es ein Schaf, mit dem Ian Wilmut und Keith Campbell dieses entscheidende Experiment durchführen. Im Gegensatz zu vorherigen Ansätzen ist Dolly ein Klon, der aus einem erwachsenen Tier erzeugt worden ist. Drei Jahre später wird ebenfalls am Rosslin-Institut das transgene Klon-Schaf Polly erschaffen, das zusätzlich über ein künstlich eingeschleustes menschliches Gen verfügt.

Nach diesen Erfolgen planen verschiedene wissenschaftliche Gruppen als nächsten Schritt die Klonierung von Menschen. Bereits durchgeführte und wieder verworfene Klonexperimente mit menschlichen Embryonen haben jedoch für das Klonen von Menschen schwere ethische Frage aufgeworfen und die Kritik der Öffentlichkeit heraufbeschworen.

An dieselbe Grenze stößt auch die Stammzellenforschung. Als undifferenzierte und damit universell entwicklungsfähige Zellen werden große Hoffnungen auf deren medizinische Anwendung gesetzt. Nachdem 1981 der Vermehrungs- und Differenzierungsschritt von Stammzellen zeitlich getrennt werden kann, scheint man diesem Ziel einen entscheidenden Schritt näher gekommen zu sein. Gesetzliche Rahmenbedingungen schränken die Forschung jedoch zunehmend ein. Um auf embryonale Stammzellen verzichten zu können, deren weitere Gewinnung und Verwendung in vielen Ländern beschränkt oder verboten wird, werden verschiedene andere Wege zur Erzeugung von Stammzellen untersucht.

Anfang 2005 rüttelt jedoch eine Veröffentlichung die Fachwelt auf. Die Ergebnisse einer Untersuchung zeigen, dass die existierenden und zur Verwendung freigegebenen Stammzelllinien wahrscheinlich durch die Lagerung in tierischen Seren mit nichtmenschlichen Erbinformationen kontaminiert und daher für eine Implantation im Menschen ungeeignet sind. Ohne neue Quellen für die Gewinnung von Stammzellen scheint dieser Forschungszweig trotz erster Erfolge einen schweren Rückschlag erlitten zu haben.

Seit den Anfängen der modernen Biotechnologie sind viele Entdeckungen gemacht, Firmen gegründet und Patente angemeldet worden. In welche Richtung sich dieser immer schneller bewegende Forschungszweig weiter entwickeln wird, lässt sich kaum abschätzen. Die Früchte der Biotechnologie haben jedoch bereits begonnen, durch neue Medikamente, genetisch veränderte Lebensmittel und bakteriell erzeugte Produkte den Schritt von der wissenschaftlichen Vision zu einem Teil des täglichen Lebens zu vollziehen.