„Die Erde zu verlassen ist nicht Plan B, sondern Plan A“ – Interview mit einem Genetiker

(Interview: Thomas Wagner-Nagy und Nora Saager)

Unser Organismus ist für ein irdisches Dasein optimiert. Sie haben ausführlich untersucht, wie sich ein Aufenthalt an Bord der Raumstation ISS auf den Körper auswirkt. Was waren Ihre wichtigsten Erkenntnisse?

Wir haben in den vergangenen zehn Jahren mehr als 60 Astronautinnen und Astronauten untersucht. Unser Fazit: Der menschliche Körper mag den Aufenthalt im Weltraum überhaupt nicht. Vor allem die ersten Tage einer Mission setzen ihm zu. Aber gleichzeitig ist er sehr anpassungsfähig. Wir haben auch festgestellt, dass die Raumfahrt Gefahren birgt, die wir noch nicht vollständig kompensieren können. Dazu gehören Strahlenschäden und die veränderte Schwerkraft, die etwa zur Umverteilung der Flüssigkeit im Körper führt.

Ihr Labor untersucht vor allem, wie sich die Raumfahrt auf genetischer Ebene auswirkt. So haben Sie beispielsweise die DNA des US-Astronauten Scott Kelly analysiert – und zwar vor, während und nach seinem 340-tägigen Aufenthalt auf der ISS. Was waren die auffälligsten Veränderungen?

Sein Immunsystem veränderte sich rasch, und seine Telomere wurden im Weltraum länger. Telomere sind Schutzkappen aus DNA an den Enden der Chromosomen. Wachsen sie, sinkt das biologische Alter der Zellen. In gewisser Weise wurde Scott Kelly also jünger. In seinen Blutproben konnten wir außerdem feststellen, dass bestimmte Mutationen seltener auftraten. Das war überraschend, denn die Strahlenbelastung auf der ISS entspricht etwa zehn Röntgenaufnahmen des Brustkorbs – pro Tag. Wir vermuten, dass genau diese Strahlung einige gealterte Zellen, die bereits kurz vor dem Absterben standen, beseitigt hat.

„Die tägliche Strahlendosis an Bord der Raumstation entspricht zehn Röntgenaufnahmen des Brustkorbs“

Wie genau wirkt sich die Strahlung im Weltraum denn auf unser Erbgut aus?

Sie schädigt die DNA entweder direkt, indem sie Brüche im Doppelstrang verursacht. Oder sie erzeugt aggressive Chemikalien in den Zellen, die ihrerseits Brüche des Strangs und Mutationen hervorrufen. Bei Scott Kelly konnten wir derart beschädigte DNA in Blut und Urin nachweisen. Wir haben bei allen bisher untersuchten Besatzungsmitgliedern der ISS gesehen, dass der Körper solche DNA-Bruchstücke ausschwemmt.

Der Aufenthalt an Bord der Internationalen Raumstation ist im Grunde nur ein Kurztrip in eine niedrige Erdumlaufbahn. Stellen Sie sich vor, wir wollten eine dauerhafte menschliche Siedlung auf dem Mars errichten. Was wären dort die größten physiologischen Herausforderungen?

Die größte Herausforderung wäre wohl die Strahlung: Sie ist viel intensiver als auf der ISS, wo die irdische Magnetosphäre Schutz vor hochenergetischen kosmischen Teilchen bietet. Der Mars besitzt kein vergleichbares Magnetfeld, und seine Atmosphäre ist hundertmal dünner als die der Erde. Wir könnten uns jedoch schützen, indem wir unterirdische Bunker bauen. Ein weiteres Problem ist die Entfernung zur Erde. Die Ressourcen auf dem Mars sind begrenzt, und es ist unmöglich, schnell Nachschub zu organisieren. Um Sauerstoff zum Atmen zu generieren, müsste man beispielsweise autonome Systeme oder Organismen entwickeln, die aus dem vorherrschenden Kohlendioxid Sauerstoff gewinnen. Wir müssten alle Instrumente der modernen Genetik und der Physik zusammenbringen, um auf diesem Planeten zu überleben.

Das Erbgut von Bakterien oder Pflanzen lässt sich heutzutage problemlos verändern. Aber wie hilft die Genetik uns Menschen dabei, auf dem Mars zu überleben?

Das naheliegendste Beispiel ist die Vermeidung von Krebs. Das Strahlungsniveau auf dem Mars wird zu mehr Mutationen führen und damit das Krebsrisiko erhöhen. Menschliche Siedler müssen also fortwährend nach potenziell schädlichen Veränderungen ihres Erbguts fahnden und diese frühzeitig beseitigen – etwa mit einer CAR-T-Zell-Therapie. Es gibt inzwischen mehr als tausend klinische Versuche, bei denen Forscher Immunzellen, sogenannte T-Zellen, aus dem Körper entnehmen, sie gentechnisch verändern und wieder in den Körper einschleusen, damit sie Krebszellen dort erkennen und bekämpfen. Das ist auf dem Mars schwer zu bewerkstelligen, aber nicht unmöglich. Es gibt bereits Maschinen, die Zellen automatisiert entnehmen, verändern und kultivieren. Wir könnten die Aktivität unserer Gene außerdem durch epigenetische Methoden proaktiv verändern – wir könnten Erbanlagen an- und ausschalten, ohne dauerhafte Veränderungen an der DNA vorzunehmen.

Wie soll das funktionieren?

Mein Team trägt momentan alle bekannten Gene zusammen, die für die Raumfahrt besonders nützlich sind. Die meisten davon liefern die Bauanleitung für Proteine, die Schäden der Erbsubstanz reparieren oder das Immunsystem aktivieren. Wenn sich Menschen in eine Zone mit starker Strahlenbelastung begeben, könnten wir die Aktivität dieser Gene vorsorglich hochfahren. Außerdem könnten wir Gene einschalten, die in unserem Erbgut zwar vorhanden sind, aber im Laufe der Evolution stillgelegt wurden. Auf der Erde haben sie vielleicht keinen großen Nutzen gebracht, aber für das Leben auf anderen Planeten könnten sie von Vorteil sein.

„Ein Gen, das Bärtierchen besitzen, könnte auch menschliche Zellen vor Mutationen schützen.“

Geht es nur darum, stillgelegte Gene in unserer DNA zu reaktivieren? Oder würden wir über kurz oder lang auch neue Gene hinzufügen – wie wir es bereits bei anderen Organismen tun, um ihnen gewünschte Eigenschaften zu verleihen?

Das ist eine weitere Kategorie von Veränderungen: Gene anderer Lebewesen, die wir unserem Erbgut hinzufügen. Es ist wahrscheinlich der umstrittenste, aber auch der spannendste Weg. Alle Spezies, die sich harschen Bedingungen anpassen konnten, halten evolutionäre Lehren für die Besiedelung unwirtlicher Welten bereit. Zum Beispiel Mikroben, die bei hohem oder niedrigem Druck, starker Strahlung oder extrem hohem Salzgehalt überleben. Ein gutes Beispiel ist das Dsup-Gen der Bärtierchen, das sind unvorstellbar robuste Mehrzeller. Es unterdrückt das Auftreten von DNA-Brüchen durch Strahlung. Unser Labor hat gezeigt, dass Dsup Strahlenschäden auch in pflanzlichen und menschlichen Zellkulturen verringert.

Ist es nicht gefährlich, völlig neue Gene aus fremden Organismen einzuführen? Was, wenn sie das empfindliche regulatorische Gleichgewicht in unseren Zellen stören?

Diese Abwägung von Risiko und Nutzen ist ein zentraler Aspekt. Bevor wir fremde Gene einfügen, müssen wir wirklich alle beteiligten zellulären und molekularen Systeme verstehen. Das Bärtierchen-Protein Dsup beispielsweise bindet an Chromatin, also an jene Form von DNA, die mithilfe von Proteinen verpackt wurde. Chromatin-Modifikationen sind ein Weg, über den unser Körper die Genexpression reguliert. Dsup könnte also beeinflussen, wie unsere Gene abgelesen werden.

Auf einer Skala von eins bis zehn: Wie gut verstehen wir die Vorgänge in unserem Körper bereits?

Unser Wissen über die menschliche Biologie liegt momentan bei sechs, denke ich. Wir müssen noch viel über die grundlegenden Regulationsmechanismen innerhalb von Zellen und zwischen Zellen herausfinden, ebenso über die Struktur von Geweben. Vieles davon wird in klinischen Studien erforscht. Wir haben bereits begonnen, das menschliche Erbgut zu verändern – etwa bei der Behandlung von Krebs und ausgewählten Gendefekten. Wir werden laufend mehr darüber lernen, was sich mit menschlichen Zellen tun lässt und was nicht. Aber ich schlage vor, dass wir frühestens in 20 Jahren ins Erbgut von Raumfahrenden eingreifen – vor allem, weil wir Zeit brauchen, um die bestehenden Wissenslücken zu schließen.

Würden Sie angesichts dieser Risiken empfehlen, sich zunächst an reversible, epigenetische Veränderungen zu halten, bevor man zu dauerhaften genetischen Veränderungen übergeht?

Der epigenetische Weg ist wohl sicherer, auch wenn er technologisch noch in den Kinderschuhen steckt. Der Vorteil ist, dass man Gene wieder abschalten kann, wenn man sie versehentlich eingeschaltet hat.

Angenommen, Menschen hätten sich einem Leben auf dem Mars genetisch angepasst. Wie würden sie sich von uns unterscheiden?

Sie könnten aufgrund der geringeren Schwerkraft größer sein. Vielleicht auch schlanker, da sie mit weniger Nährstoffen auskommen müssen. Da der Mars der Erde so nahe ist, denke ich, dass die Marsianer den Erdlingen ähnlich bleiben wollen, des Gemeinschaftsgefühls wegen. Aber letztendlich wird auf jedem Planeten eine Evolution stattfinden – genauso, wie sie fortwährend auf der Erde abläuft.

Ihre Vision geht weit über die Besiedelung des Mars hinaus: Sie sind überzeugt, dass Menschen eines Tages die Reise zu anderen Sternen antreten werden. Wie müssen wir uns einen solchen Trip vorstellen?

Ich denke, wir hätten es mit einem 20-Generationen-Raumschiff zu tun, in dem Menschen geboren werden und sterben. Auf ihrem Weg durchs Sonnensystem würde die Crew wahrscheinlich permanente Siedlungen auf dem Mars sehen. Bis dahin wird es erste einheimische Marsianer geben, deren Eltern bereits auf dem Planeten lebten. Womöglich existieren Außenposten im Asteroidengürtel. Das Raumschiff könnte auch menschliche Siedlungen auf dem Titan, dem größten Mond des Saturn, passieren. Dort gibt es Methan, das man verbrennen oder in andere Chemikalien umwandeln könnte, um zu überleben.

Der nächstgelegene Stern Alpha Centauri ist 4,3 Lichtjahre von der Erde entfernt. Ist eine so lange Reise in der Schwerelosigkeit überhaupt denkbar?

Man kann in der Schwerelosigkeit trainieren, aber es ist nie ganz dasselbe. Es kommt immer noch zu Muskel- und Knochenschwund, weil der Körper einer geringeren Belastung ausgesetzt ist. Die ideale Lösung wäre deshalb eine sich drehende Plattform, die eine künstliche Schwerkraft erzeugt.

Wäre es eine gute Idee, Mikroben oder andere kleine Organismen zu fremden Planeten vorauszuschicken, um zu sehen, wie sie sich an die dortigen Bedingungen anpassen können?

Diese Idee, den Planeten vor der Reise zu besiedeln, nennt man Panspermie. Man müsste dabei sehr vorsichtig vorgehen. Leben auf einer Welt auszusäen, die wir noch nicht einmal betreten haben, ist ein eklatanter Verstoß gegen existierende Protokolle zum Schutz von Planeten.Diese Protokolle haben ausdrücklich zum Ziel, eine Kontamination zu vermeiden. Wenn wir es eilig haben und unsere Spezies vom Aussterben bedroht ist, wäre es ethisch vertretbar. Aber ich würde das nicht als Erstes tun.

„Es ist unsere moralische Pflicht, das Leben vor dem Aussterben zu schützen.“

Nicht nur die Besiedelung neuer Planeten, auch die Veränderung des menschlichen Erbguts birgt viele ethische Fallstricke. Wie rechtfertigen Sie derart drastische Eingriffe?

Als Spezies stehen wir vor dem sicheren Aussterben, wenn wir nichts tun. Unser Planet könnte von einem Asteroiden getroffen werden oder von einem weiteren globalen Krankheitserreger heimgesucht werden. Auch der Klimawandel bedroht uns. In der Geschichte der Erde gab es bereits fünf große Artensterben. Doch selbst wenn wir verschont bleiben: Spätestens in fünf Milliarden Jahren wird sich unsere sterbende Sonne zu einem Roten Riesen aufblähen und unseren Planeten verbrennen. Es ist unsere moralische Pflicht, das Überleben nicht nur der menschlichen Spezies, sondern des Lebens selbst zu schützen. Die Erde zu verlassen ist kein Plan B, es ist Plan A. Dennoch: Dass wir den Bauplan der Menschheit dramatisch verändern können, ist eine ganz neue Macht, die wir mit großer Vorsicht einsetzen sollten.

Wenn die Technologie, mit der wir unsere Gene nach Belieben verändern können, erst einmal zur Verfügung steht, wie können wir dann einen Missbrauch verhindern?

Jede mächtige Technologie kann zum Guten oder zum Schlechten eingesetzt werden. Der größte Dienst, den man kommenden Generationen erweisen kann, besteht darin, ihnen die größtmögliche Freiheit zu geben sowie die Fähigkeit, ihr Schicksal selbst zu kontrollieren. Wenn wir also die Möglichkeit schaffen, auf mehr als einem Planeten zu leben, haben wir etwas Gutes getan.

Fällt Ihnen ein Bereich unseres Erbguts ein, den wir auf keinen Fall antasten sollten?

Ein echtes No-Go wären meiner Meinung nach Eingriffe, die nur an vorübergehende gesellschaftliche Moralvorstellungen gebunden sind. Wir erleben das bereits bei der selektiven Abtreibung, bei der in vielen Ländern aufgrund einer Voreingenommenheit gegenüber Frauen mehr weibliche als männliche Ungeborene abgetrieben werden. Dinge wie das Geschlecht oder auch die sexuelle Identität eines Menschen haben keinen Einfluss auf sein Überleben in den Weiten des Universums. Ich halte es deshalb für unethisch, solche Merkmale als Entscheidungsgrundlage zu verwenden.

Wenn Sie eine Sache an sich selbst genetisch verändern könnten, was wäre das?

Ich war in meiner Jugend Schwimmer. Deshalb würde ich gern die Fähigkeit besitzen, entweder extrem lang die Luft anzuhalten – wie eine Schildkröte – oder direkt mit Kiemen zu atmen.

Wie sieht es mit der Menschheit als Ganzem aus? Gibt es eine evolutionäre Schwäche, die Sie gern ausmerzen würden?

Eine ganze Menge. Ich nenne es gern unsere »molekulare Unvollkommenheit«. Wenn unser Körper etwa in der Lage wäre, Sonnenlicht in Stoffwechselenergie umzuwandeln, gäbe es weniger Hunger und weniger Armut, und wir bräuchten weniger Ressourcen. Wir sind nicht einmal in der Lage, alle lebensnotwendigen Aminosäuren und Nährstoffe selbst herzustellen. Wir haben beispielsweise noch das Gen für die Vitamin-C-Produktion, aber es ist zu einem funktionsunfähigen Pseudogen verkommen. Das würde ich gern in Ordnung bringen. Ich wünsche mir außerdem, dass die Menschen freundlicher zueinander sind. Ich weiß nicht, wie man Freundlichkeit gentechnisch erzeugen kann, aber es wäre schön.

„Anstatt der Lotterie der Evolution ausgeliefert zu sein, könnte man neues Leben von Grund auf erschaffen.“

In Ihrem Buch »The Next 500 Years« legen Sie einen detaillierten Zeitplan für den Aufbruch zu den Sternen vor. Warum haben Sie diesen Zeitrahmen für das Vorhaben gewählt?

Das Buch ist als Sachbuch geschrieben und geht vom aktuellen Wissensstand in der Biotechnologie und der Medizin aus. Es kalkuliert mit einem vernünftigen Fortschritt, setzt aber keine Quantensprünge, etwa in der Antriebstechnik, voraus. So komme ich zu dem Schluss, dass wir in 500 Jahren genug Erfahrung und Wissen über die Raumfahrt haben werden, um ein Generationenraumschiff zu starten. Außerdem bleibt so genug Zeit, klinische Versuche über mehrere Generationen hinweg mit genetisch veränderten Menschen durchzuführen. Wir würden drei Generationen abwarten, um die Langzeitfolgen zu beobachten. Aber ein Grund für die Eile ist, dass wir vielleicht nicht so viel Zeit haben, wie wir denken – eine Katastrophe könnte jederzeit eintreten.

Wäre es nicht viel einfacher, Roboter ins All zu schicken, die mithilfe künstlicher Intelligenz neue Welten erforschen können?

Wir können beides tun. Ich hoffe, dass wir KI-Plattformen bauen, die intelligent genug sind und auch den Instinkt haben, die Zerbrechlichkeit des Lebens, einschließlich ihres eigenen, zu erkennen. Wenn ich von Leben spreche, meine ich alle Arten von Leben, also auch maschinelles oder siliziumbasiertes Leben. Wir könnten die Maschinen auf einen Planeten schicken, der sehr lebensfeindlich ist, während wir im Raumschiff bleiben. Oder wir schicken sie für sehr gefährliche Teile der Mission voraus.

Würden Sie so weit gehen, völlig neue Spezies zu entwickeln, um sie auf zukünftige Weltraummissionen mitzunehmen?

Ja, das ist der Traum fast aller Genetiker, würde ich sagen. Anstatt der Lotterie der Evolution ausgeliefert zu sein, könnte man neues Leben von Grund auf erschaffen. Das ist so, als würde man einen Schriftsteller fragen: Würden Sie lieber jedes jemals geschriebene Buch lesen oder bearbeiten, oder würden Sie lieber ein eigenes Buch verfassen? Schriftsteller möchten gern ihre eigene Geschichte schreiben – und Genetiker ebenso.

Der Artikel ist in der Ausgabe 01/2021 von P.M. Thema erschienen.