Schon Paracelsus wusste: allein die Dosis macht's. Dies gilt nicht nur für zugeführte chemische Substanzen, sondern auch für körpereigene Stoffe. Insbesondere die Harnsäure im Blut sollte wohldosiert sein. Ist der Spiegel zu hoch (d.h. über 6,8 mg/dl Blut), kristallisiert die Harnsäure aus, was zu Nierensteinen und Gicht führen kann. Harnsäure hat aber andererseits eine wichtige Funktion als Teil des menschlichen Entgiftungssystems. Sie ist ein so genannter Fänger von freien Radikalen, die zu neurologischen Störungen, Hirnerkrankungen und Tumorbildungen führen. Einem Forschungsteam von Prof. Martin Fussenegger am Departement für Biosysteme (D-BSSE) der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) in Basel ist es nun gelungen, ein biologisches Netzwerk aus Genen zu bauen, das den Harnsäurespiegel selbstständig reguliert und die Harnsäurekonzentration somit dauerhaft im Lot zu halten vermag. Erste Versuche in Mäusen sind viel versprechend und wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Biotechnology (2010, Band 28, Seite 355 – 360) veröffentlicht.

Bei den meisten Säugetieren bestimmt ein Enzym, die Urat-Oxidase, den Harnsäurespiegel. Während der Evolution, beim Übergang vom Affen zum Menschen, ist den Menschen dieses Enzym abhanden gekommen - daher neigen sie eher zu erhöhten Harnsäurekonzentrationen. Forschende der ETH Zürich haben nach einem Weg gesucht, wie dieser Defekt korrigiert und die subtile Kontrolle des Harnsäurespiegels wiederhergestellt werden könnte. Dafür haben sie ein biologisches Netzwerk aus Genen namens UREX zusammengebaut, dessen einzelne Bausteine unterschiedlich programmiert wurden: Ein Harnsäuresensor misst und kontrolliert ständig die Konzentration im Blut. Erreicht der Harnsäurespiegel eine besorgniserregende Konzentration, gibt der Sensor diese Information an einen genetischen Schaltkreis weiter. Dieser sorgt dann dafür, dass ein dritter Bestandteil des Netzwerkes das Enzym Urat-Oxidase in der richtigen Menge ins Blut ausschüttet und der Harnsäurespiegel wieder in ein gesundes Gleichgewicht gebracht wird. Die drei Bausteine des Netzwerkes kommunizieren also untereinander und funktionieren dabei selbstständig und automatisch - ohne Zutun von außen. Der Harnsäurespiegel kann somit durch UREX präventiv und dauerhaft kontrolliert werden.

In Tierversuchen mit Mäusen haben die Schweizer Wissenschaftler dieses Netzwerk aus Genen in einzelnen Zellen integriert. Rund zwei Millionen dieser Zellen wurden dann in einer Kapsel aus Algengelatine eingeschlossen, die einen Durchmesser von 0,2 mm hat. Diese Kapsel soll die Zellen vor einer Abwehrreaktion des Immunsystems schützen. Poren in der Kapsel sorgen dafür, dass Nährstoffe in die Zelle gelangen können, der Harnsäurespiegel durch den Sensor gemessen wird und sich das Enzym den Weg in das Blut bahnen kann. Dabei kommt der Organismus mit den veränderten Genen des Netzwerks nicht in Kontakt. Prof. Fussenegger zufolge könne es bei Krankheiten, die auf einem Gendefekt beruhen, zwar sinnvoll sein, genetisch verändertes Material direkt in die menschlichen Zellen einzuschleusen. Es habe sich aber gezeigt, dass dies Befürchtungen weckt, weil dieses Material dann nicht mehr entfernt werden kann. Ganz anders bei der neuen Methode: Das Implantat könne jederzeit gefahrlos und ohne jede Nachwirkung entfernt werden.

Für Prof. Fussenegger zeigt dieses Forschungsergebnis exemplarisch, was der relativ neue Forschungszweig der synthetischen Biologie alles zu leisten vermag: „Viele medizinische Probleme werden bisher dadurch gelöst, dass dem Körper chemische Substanzen, sprich Medikamente, von außen zugeführt werden müssen. Bei unserer Methode korrigieren wir einen fehlerhaften Stoffwechselweg und helfen dem Körper dabei, sich optimal selbst zu therapieren." Martin Fussenegger spricht in diesem Zusammenhang auch gerne von einer molekularen Prothese - also ein künstlich hergestelltes Hilfsmittel, das den evolutionär bedingten Defekt an Urat-Oxidase optimal ausgleicht.

Rund 1% der Bevölkerung in den industrialisierten Ländern leidet aufgrund eines erhöhten Harnsäurespiegels unter der äußerst schmerzhaften Gelenkerkrankung Gicht. Gründe für eine Erhöhung des Harnsäurespiegel gibt es viele: Eine genetische Veranlagung, Umwelteinflüsse oder eine unausgewogene Ernährung. Zudem kann es bei Chemotherapien zum so genannten Tumorlyse-Syndrom kommen. Tumorzellen zerfallen wegen des Eingriffs so schnell, dass zu viel Harnsäure ins Blut gelangt. Die Folge ist eine Stoffwechselentgleisung, die unter Umständen bis zum Nierenversagen führen kann.

Verschiedene Tests des Netzwerkes UREX an Mäusen, die das ETH-Forschungsteam durchgeführt hat, sind erfolgreich verlaufen: Die Harnsäurekonzentration im Blut ging - wie erwartet - auf ein stabiles und gesundes Niveau zurück und die Harnsäurekristalle in den Nieren der Tiere lösten sich auf. Das Netzwerk ist bereits zum Patent angemeldet, die weiteren Schritte für die medizinische Anwendung müssen nun aber von anderen Partnern übernommen werden. „Wir sind zuversichtlich, dass unser Netzwerk baldmöglichst alle nötigen Testreihen durchläuft, aber erfahrungsgemäß dauert es länger als erhofft, bis ein fertiges Produkt auf dem Markt ist", dämpft Fussenegger die hohen Erwartungen. Dann allerdings könnten Gicht und Nierensteine vielleicht der Vergangenheit angehören.

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