Der kanadische Visionär Andrew Hessel will ungewöhnliche Wege bei der Entwicklung einer Brustkrebstherapie gehen. "Was wäre, wenn sich Hobbyforscher in ihren Bastelkellern zusammenschlössen und es mit milliardenschweren Pharmafirmen aufnähmen?"

Sein Crowdfunding-Unternehmen Pink Army Cooperative versucht genau das und will Open-Source-Techniken nutzen, also frei zugängliche Methoden der synthetischen Biologie. In diesem aufstrebenden Forschungsgebiet sollen biologische Produkte nach Art der Ingenieure im Baukastensystem hergestellt werden. Seit der Gründung der Initiative im Jahr 2009 haben nahezu 600 Leute investiert. Mitmachen kostet lediglich 20 US-Dollar. Obwohl diese radikale Geschäftsidee vor beachtlichen Hindernissen steht, hat sie doch die Aufmerksamkeit von Industrie und Medien auf sich gezogen. Die von Andrew Hessel und zwei Mitgründern ins Leben gerufene Kooperation von Wissenschaftlern hofft bereits in diesem Jahr mit Zellkulturuntersuchungen beginnen zu können. Darüber hinaus erwägt sie eine Therapiestudie an Hunden.

Hessel, der gegenwärtig für die kalifornische Softwarefirma Autodesk in San Francisco in Kalifornien arbeitet, repräsentiert eine zunehmend unzufriedene und freimütige Gruppe innerhalb der synthetischen Biologie. Sie alle halten das patentlastige Modell zum Schutz des geistigen Eigentums in der Biotechnologie für hoffnungslos gescheitert. Hessels eigenes Konzept beruht auf frei verfügbarer Software und biologischen Bauteilen, die innovativ zusammengefügt für individualisierte Krebstherapien genutzt werden könnten. Hierbei wäre weder eine massive Vorausfinanzierungen noch ein Dickicht von Patenten nötig. Hessel bezeichnet sich selbst als "Katalysator einer synthetischen Biologie auf Open-Source-Basis".

Der freie Zugang ist nur eine Vision in der synthetischen Biologie. Eine andere ähnelt der Vorgehensweise großer Pharmakonzerne wie Pfizer, Merck und Roche, die mit Einnahmen aus dem Vertrieb von Blockbuster-Arzneimitteln große Forschungsinitiativen hinter verschlossenen Türen finanzieren. Für diese Art von Business ist der Wettlauf um neue Medikamente und medizinischen Fortschritt eng an den Schutz der Erfindungen durch Patente und restriktive Lizenzverträge gekoppelt. Auch die bedeutendste Initiative der Branche, die Biotechnology Industry Organization (BIO) in Washington D. C., hält die strenge Kontrolle des geistigen Eigentums für unabdingbar, um viel versprechende medizinische Entwicklungen zu fördern. Auf ihrer Internetseite bezeichnet sie dies als weltweite "Grundvoraussetzung für Innovationen" und kommentiert dies mit den Worten: "Gesellschaften, die ihre Erfindungen durch Patente schützen, sind wissenschaftlich und technologisch führend in der Welt."

"Gesellschaften, die ihre Erfindungen durch Patente schützen, sind wissenschaftlich und technologisch führend in der Welt"
Biotechnology Industry Organization

Wie der Konflikt zwischen Open Source und Patentschutz in der synthetischen Biologie gelöst wird, könnte darüber entscheiden, ob sie ihr ehrgeiziges Ziel erreicht und Bereiche wie Medizin, Landwirtschaft, Energiewirtschaft und Umweltsanierung tatsächlich durch den Einsatz von Bioengineering verändert werden. "Hier geht es nicht nur um Rendite", sagt Linda Kahl, die Leiterin der Rechtsabteilung der BioBricks Foundation, einer gemeinnützigen Organisation in Cambridge, Massachusetts, die für den Einsatz von Bioengineering im öffentlichen Interesse plädiert. Kahl spitzt es weiter zu: "Hier geht es nicht nur um eine kommerzielle Anwendung, sondern auch darum, etwas Gutes in der Welt zu tun."

Zwei verschiedene Strömungen

Die Wurzeln der synthetischen Biologie reichen bis ins frühe 20. Jahrhundert zurück, doch sie entwickelt sich erst seit etwas mehr als zehn Jahren als organisiertes Forschungsfeld. Während für das Jahr 2003 nur drei wissenschaftliche Artikel mit dem Begriff "Synthetische Biologie" in Elseviers Datenbank Scopus auftauchen, sind es für 2013 bereits über 800. Im letzten Jahr machte das Forschungsgebiet seinen bisher größten Sprung nach vorne: Die in Paris ansässige Firma Sanofi vermarktete eine Entdeckung des Biochemikers Jay Keasling von der University of California in Berkeley und produziert nun im großen Maßstab eine teilsynthetische Form des Malariawirkstoffs Artemisinin, der bisher aus Pflanzen gewonnen wurde. Außerdem sind weitere viel versprechende Projekte in der Pipeline: Am Pacific Northwest National Laboratory in Richland in Washington beispielsweise stellen Forscher synthetische Pilzenzyme her, die Zucker aus angedauter Pflanzenbiomasse in Treibstoff und industriell nutzbare Chemikalien umzubauen können.

Von Anfang an gab es innerhalb der synthetischen Biologie gegensätzliche Strömungen mit unterschiedlicher Auffassung vom Umgang mit geistigem Eigentum. Auf der einen Seite standen die Verfechter von Softwaredesign und Entwicklung. Sie wollten gewünschte biologische Funktionen in einzelnen DNA-Abschnitten kodieren und diese dann – ähnlich wie Legobausteine – als standardisierte Sets zu biologischen Produkten zusammensetzen. Die Ingenieure waren es gewohnt, ihre Arbeit in frei zugänglichen öffentlichen Bibliotheken abzulegen oder nur sehr moderate Lizenzmodelle anzuwenden – oft sogar lediglich das gesetzliche Copyright.

Auf der anderen Seite standen die Molekularbiologie und Biotechnologie, die ihr Knowhow über die verworrenen und schwer vorhersehbaren biologischen Systeme mitbrachten. Für sie war es gängige Praxis, Gene, Moleküle und Methoden patentieren zu lassen. Die Hälfte der Veröffentlichungen beispielsweise in "Nature Biotechnology" zwischen 1997 und 1999 sind an ein Patent gekoppelt. "Sie hatten verschiedene Sichtweisen, unterschiedliche Ziele und manchmal auch andere Erwartungen", erläutert der Juraprofessor Andrew Torrance von der University of Kansas in Lawrence, der auf synthetische Biologie spezialisiert ist.

Patent auf DNA?

Welche Unternehmenskultur sich nun in der synthetischen Biologie im Umgang mit geistigem Eigentum durchsetzen wird, ist noch unklar. In einer Klage der Association for Molecular Pathology gegen die Firma Myriad Genetics im Juni letzten Jahres urteilte der Oberste Gerichtshof der USA, dass "Produkte der Natur" wie Gene und genetische Marker nicht patentierbar sind. Aber wie der Name laut Torrance schon sagt, wird in der synthetischen Biologie DNA erzeugt, die eben nicht eines natürlichen Ursprungs ist – und somit ist es laut Gerichtsurteil explizit erlaubt, diese vom Menschen geschaffene DNA zu patentieren.

"Hier geht es nicht nur um eine kommerzielle Anwendung, sondern auch darum, etwas Gutes in der Welt zu tun"
Linda Kahl

Somit können – zumindest in den USA – ganz legal DNA-Sequenzen und Methoden der synthetischen Biologie patentiert werden. Über die Moral und Ethik dahinter wird unter Forschern, Unternehmen, Juristen und Bioethikern heftig diskutiert. Nach Meinung von Patentanwälten ist der Schutz des geistigen Eigentums notwendig, um Innovationen voranzutreiben. Nach dem Urteil gegen Myriad äußerte sich Craig Venter, der Gründer und Geschäftsführer von Synthetic Genomics in La Jolla in Kalifornien, dazu in einer Stellungnahme. Er gratulierte darin dem Gerichtshof dafür, einen Unterschied zwischen natürlicher und vom Menschen entworfener DNA gemacht zu haben. "Diese künstlichen genetischen Konstrukte werden bereits zur Herstellung neuer Impfstoffe, Biotreibstoffe und Nahrungsmittel verwendet", führt er aus. "Die Möglichkeit, geistiges Eigentum zu schützen, ist ein notwendiger Bestandteil einer vitalen Forschungs- und Biotechnologielandschaft."

In der Tat schützen derzeit viele Vertreter der synthetischen Biologie ihre Arbeit durch Patente. Im letzten Jahr beschrieb eine deutsche Forschergruppe in "Systems and Synthetic Biology" einen Trend zur vermehrten Patenteinreichung – besonders in den Bereichen Energie, Medizin und Industrie. Erstautor Davy van Doren ist Forscher für neu entstehende Technologien am Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe. Er gibt zu, dass dieser Trend aus einer begrenzten Anzahl von Patenten in einem kleinen Zeitfenster extrapoliert wurde, fügt jedoch an, dass dies der Situation auch in anderen Gebieten der Biologie entspricht. "Es gibt keine Hinweise darauf, dass der Patentierungstrend in der synthetischen Biologie anders ist als in den übrigen Bereichen", erklärt er.

Laut Open-Source-Befürwortern unterdrücken Patente aber Innovationen eher. Diese Ansicht herrscht bei Start-ups, gemeinnützigen Organisationen, Graduiertenprogrammen wie auch beim sehr beliebten jährlichen Wettbewerb "International Genetically Engineered Machine (iGEM) Competition". Hier konkurrieren Studenten und Schüler um den besten Plan eines in lebenden Zellen funktionierenden synthetischen Systems. Laut den Forschern können Firmen und Universitäten, die Schlüsselbausteine der synthetischen Biologie patentieren lassen, saftige Nutzungsgebühren von Dritten verlangen. Damit wird die Entwicklung neuer Produkte auf der Basis dieser Bausteine unerschwinglich teuer, was besonders Start-ups und Organisationen mit begrenzten Mitteln hart treffen würde.

In aller Öffentlichkeit

Die "Free-for-all"-Bewegung innerhalb der synthetischen Biologie versucht bereits offen zugängliche Datenbanken zusammenzuführen, ähnlich wie bei Open-Source-Datenbanken. Das iGEM-Register biologischer Standardelemente (iGEM Registry of Standard Biological Parts) ist das älteste und größte seiner Art. Es enthält vorwiegend Proben von Teilnehmern des iGEM-Wettbewerbs. Indem eine kritische Masse an frei zugänglichen biologischen Bausteinen aufgebaut wird, so Torrance, wird ein öffentliches Gut geschaffen, auf das zukünftige Forscher in Form synthetisch-biologischer Bausteine, so genannten Biobricks, zugreifen können.

Einzelne Grundbausteine können in größere und potenziell patentfähige Erfindungen eingebettet werden. Dabei ist es aber zumindest theoretisch schwieriger, die Grundbausteine zu patentieren, wenn diese bereits als Commons deklariert wurden. Die Zahl der freigegebenen Komponenten nimmt stetig zu – beim iGEM-Register jedes Jahr um einige tausend. Dabei gibt es allerdings einen großen Vorbehalt: Niemand weiß hundertprozentig genau, wie viele dieser Komponenten tatsächlich völlig frei von Patentansprüchen sind. Nicht alle Forscher können und wollen abklären, ob die genutzten Komponenten die Bezeichnung "Open Source" überhaupt zu Recht tragen.

Um etwas Klarheit zu schaffen, hat die BioBricks Foundation eine Art Rahmenvertrag entwickelt, der sich "BioBrick Public Agreement" nennt: ein Vertrag über den Erwerb von standardisierten biologischen Komponenten auf Open-Source-Basis. Die Stifter der entsprechenden Bauteile verpflichten sich, keinerlei bestehendes oder zukünftiges Recht auf geistiges Eigentum geltend zu machen. Im Gegenzug sichern ihm die Nutzer eine angemessene Würdigung (zum Beispiel durch Zitierung) und die Einhaltung von Sicherheitsauflagen zu.

"Bausteine für jedermann zugänglich zu machen, ist für alle eine gute Sache"
Reshma Shetty

Obwohl die Zahl der angemeldeten Datenbanken immer mehr steigt, können nur wenige ein Qualitätsmanagement aufweisen und überprüfen, ob ihre eingepflegten Daten in Ordnung sind. "Man bekommt nicht immer qualitativ hochwertige DNA-Sequenzen", bemängelt Torrance. Manche formulieren es unverblümter: "Es gibt da jede Menge Schrott", meint Keasling. Seiner Meinung nach könnten hochwertigere Open-Source-Banken aufgebaut werden, wenn die Autoren wissenschaftlicher Artikel dazu verpflichtet würden, die Herkunftsdaten und Beschreibungen standardisierter Bauteile zu hinterlegen. Eine Voraussetzung dafür ist aber, dass man sich auf faire Regeln einigt.

Die Qualität des iGEM-Datensatzes sei in den letzten Jahren besser geworden, beteuern Open-Source-Befürworter und verweisen auf inzwischen eingeführte Qualitätskontrollen. Auch die Internetplattform "The Web of Registries" soll zukünftig dazu beitragen. Die vom Synthetic Biology Engineering Research Center in Emeryville in Kalifornien entwickelte Plattform soll die verschiedenen Datenbanken zusammenführen und die Information über die Daten und ihren Rechtsstatus vereinheitlichen. Wenn diese Plattform so durchstartet wie die Open-Source-Software, meint Torrance, könnte eine Gruppe von Hobbyforschern sie dazu nutzen, die Informationen auf ihre Richtigkeit hin zu überprüfen – ähnlich wie einige Programmierenthusiasten in ihrer Freizeit Softwarefehler beseitigen.

Vertreter aus beiden Lagern stimmen zu, dass nur wenige in der synthetischen Biologie eine kompromisslose Einstellung zu Patenten haben. Der Großteil will eine Lösung, die beides zulässt: den Schutz geistigen Eigentums genauso wie Zugeständnisse an die öffentliche Nutzung. Ausschlaggebend ist die Komplexität: Vergleicht man die Biobausteine mit Lego, dann wären die einzelnen Steine zur Nutzung freigegeben, und nur der Bau eines komplizierten Raumschiffs aus Hunderten von Legosteinen wäre patentierbar.

Teile und schütze

Um eine Vorstellung davon zu geben, wie stabile und marktfreundliche Open-Source-Regelungen für die synthetische Biologie aussehen könnten, verweist Hessel auf das Computerbetriebssystem Linux. Diese Open-Source-Plattform ist so populär geworden, dass sie nun eines der am weitesten verbreiteten Betriebssysteme der Computerindustrie ist. Obwohl das Basisbetriebssystem frei verfügbar ist, haben die Entwickler firmeneigene Geschäfte darauf aufgebaut, so wie auch Biotechfirmen frei verfügbare Bausteine der synthetischen Biologie in aufwändigere, patentfähige Systeme einbauen könnten.

Die Firma Ginkgo Bioworks aus Boston, die sich selbst als die weltweit erste "Organismenschmiede" betitelt, gehört zu einer Reihe von aufstrebenden Firmen, die sowohl öffentliche als auch firmengeschützte Modelle aufgreifen. Unter anderem entwickelt Ginkgo Hefezellen, die Aromen und Duftstoffe wie ein "Designer-Rosenwasser" produzieren. Ginkgo zögert nicht, Patente auf diese ausgefeilten Produkte anzumelden, beteiligt sich aber auch an Open-Source-Projekten. So verkauft die Firma für 253 US-Dollar ein Kit, mit dem sich aus Biobausteinen der iGEM's Registry of Standard Biology Parts ein Multikomponentensystem bauen lässt. Außerdem hat sie 2011 einen ihrer selbst konstruierten konstitutiven Promotoren – ein regulatorisches DNA-Element zur kontinuierlichen RNA-Synthese – öffentlich zugänglich gemacht.

"Es ist nicht besonders sinnvoll, einzelne Teile per se zu patentieren, außer in sehr speziellen Fällen", sagt Ginkgo-Mitbegründerin Reshma Shetty. "Bausteine jedermann zugänglich zu machen, ist für alle eine gute Sache." Obwohl Biobausteine und andere Open-Source-Komponenten in Forschungsprojekten bereits erfolgreich eingesetzt wurden, halten die Befürworter eine Prognose ihrer zukünftigen Bedeutung in der kommerziellen Forschung und Entwicklung für verfrüht. Tom Knight, ein weiterer Ginkgo-Mitbegründer und Informatiker am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, wird oft als "Vater der synthetischen Biologie" bezeichnet. Seiner Meinung nach entwickelt sich das Feld gerade weg von der Produktion kleiner Stückzahlen hin zur Fertigung standardisierter Teile im großen Maßstab. Wenn sich der Trend fortsetzt, werden Firmen diese kleinen Teile austauschbar und ohne umständliche Patentabsprachen einsetzen wollen. Patente werden nicht komplett verschwinden, prophezeit Knight, aber sie würden dann nur noch eine begrenzte Rolle in der Industrie spielen.

Auch wenn die synthetische Biologie einen Mittelweg ansteuert, wird die Debatte weitergehen. Die Biotechindustrie sorgt sich beispielsweise um Haftungsansprüche, die mit frei zugänglichen biologischen Komponenten einhergehen. Wenn ein frei zugänglicher Biobaustein beispielsweise in gentechnisch veränderte Samen oder einen medizinischen Wirkstoff eingebaut wird, ist nicht klar ersichtlich, wer für die Herkunft und Sicherheit gegenüber den Aufsichtsbehörden verantwortlich ist.

Innovation oder Untergang

Im Tauziehen zwischen Patenten und Open-Source-Banken bleibt die quälende Frage, was Innovationen besser vorantreibt. Im Jahr 2003 hat der Nationale Forschungsrat der USA einen Bericht unter dem Namen "Patente in der wissensbasierten Wirtschaft" herausgegeben. Darin ist die Rede von weiterem Klärungsbedarf in der Frage, wie sich Patente auf Innovationen auswirken. Auch zehn Jahre später ist diese Frage noch nicht beantwortet.

Viele in der Biotechindustrie können sich eine Welt ohne Patente nicht vorstellen, fügt er noch hinzu. Die Industrie ist ein bisschen irritiert von der zunehmenden Ablehnung von Patentrechten in der Öffentlichkeit. Auch der Anschein, dass das staatliche Pendel wohl in Richtung einer beschränkteren Anwendung des Patentrechts ausschlägt – zumindest in den Vereinigten Staaten –, beunruhigt sie. Die Unschlüssigkeit sei schon zu verstehen, meint Hessel, wenn man die großen Investitionen und langen Laufzeiten der Biotechindustrie bedenkt. Aber die neue Generation von flexibleren Open-Access-Protagonisten stören solche Einschränkungen nicht. "Wir sind in einer Art Übergangsphase, in der eine neue Gemeinschaft entsteht, die in mancherlei Hinsicht mit der etablierten Industrie konkurrieren kann", resümiert er. Die alte Garde kann sich gerne mit Folgeinvestitionen und Haftbarkeit beschäftigen, bemerkt Hessel, während er und seine Pink Army einen Weg finden, Krebs zu heilen.

Im März berichtete Hessel im Rahmen des Pharma Summits 2014 in London den Geschäftsführern und Beratern aus der Pharmaindustrie von der Pink Army Cooperative und ihren Ansätze für die Krebstherapie. Außerdem wurde er von der BIO zu einer Podiumsdiskussion über die neuesten Trends der Biotechnologie im Rahmen des internationalen Kongresses BIO International Convention in San Diego in Kalifornien im Juni eingeladen. Obwohl die Kluft zwischen beiden Lagern immer noch groß ist: Es gibt Anzeichen eines Brückenbaues.

Der Artikel erschien unter dem Titel "Synthetic biology: Cultural divide" in Nature 509, S. 152–154, 2014.