Gene Drive - riskante Genmanipulation in freier Natur

   

Eine neue Methode kann das Erbgut freilebender Tiere verändern. Ein Gene Drive ermöglicht den Kampf gegen Malaria und invasive Arten - allerdings mit kaum absehbaren Folgen.

Warum nicht Mücken für den Kampf gegen Malaria rekrutieren? Ein paar zusätzliche Gene könnten die Blutsauger dazu bringen, den Erreger der Krankheit sofort abzutöten. Oder gleich die Mücken in ihrer Gesamtheit ausrotten? Was bis vor wenigen Jahren Utopie war, wird vielleicht schon bald Realität: Der kürzlich entwickelte Gene Drive könnte das Erbgut wildlebender Tiere nach Belieben verändern.

Synthetische Biologie

Eine Vererbung gemäß Mendel verändert nur einen Teil der Nachkommen, bei einem Gene Drive sind es alle.

Die alten Regeln der Vererbung gelten dabei nicht mehr. In der Natur dauert es lange, bis sich eine neue Eigenschaft durchsetzt, doch der Gene Drive benötigt dazu nur wenige Generationen. Ein einzelnes manipuliertes Tier kann ein genetisches Element übertragen, das konkurrierende Genvarianten aus dem Erbgut verdrängt. Und das in allen folgenden Generationen - bis kein unverändertes Individuum mehr übrig ist.

Egoistische Elemente springen im Erbgut

Die Folgen sind allerdings kaum absehbar. Gerät der Gene Drive außer Kontrolle, könnten ganze Ökosysteme darunter leiden. Ein Gene Drive ist nur mit Mühe zurückzunehmen - falls es überhaupt möglich ist. Führende Wissenschaftler haben deshalb zur Zurückhaltung aufgerufen. Ob sie Gehör finden, ist ungewiss.

Die Zeit drängt, den die Entwicklung hat rasant an Fahrt aufgenommen. Im Jahr 2003 kam der britische Forscher Austin Burt erstmals auf die Idee, neue genetische Eigenschaften an sogenannte egoistische Elemente zu koppeln1. Diese Elemente springen selbständig von einem Chromosom zum anderen, und verbreiten so die neuen Gene im gesamten Erbgut.

Ein Gene Drive kann sich rasch verbreiten, weil er die klassischen Regeln der Vererbung außer Kraft setzt. Während im Normalfall jedes Elternteil jeweils ein Chromosom mit einer bestimmten Genvariante vererbt, tauscht der Gene Drive die konkurrierende Genvariante aus und dominiert in nahezu 100 % aller Nachkommen. Sogar dann, wenn das manipulierte Gen die Fitness der Tiere leicht beeinträchtigt.

Wenn das das manipulierte Gen stabil bleibt, wird es sich am Ende in der gesamten Population durchsetzen. Wann dieser Endpunkt erreicht wird, hängt stark von den Ausgangsbedingungen ab, aber Forscher schätzen die Zahl auf einige dutzend Generationen2. Bei Tieren mit kurzen Generationszeiten - wie etwa Mücken - kann dies schon innerhalb weniger Jahre der Fall sein.

Von der Malaria bis zur Aga-Kröte

Dies eröffnet eine neue Option bei der Behandlung von Infektions­krank­heiten. Malaria, Dengue und Zika (um nur einige zu nennen) werden durch Mücken übertragen: Fallen diese als Zwischenwirte aus, kann sich auch die Krankheit nicht verbreiten. Ein Gene Drive könnte hier eine Immun­reaktion in den Tieren etablieren, welche die Erreger frühzeitig abtötet. Oder dafür sorgen, dass die Tiere unfruchtbar werden - und damit ganze Mücken­populationen ausrotten.

Auch andere Anwendungen sind denkbar. So könnte ein Gene Drive die Entwicklung von Resistenzen rückgängig zu machen, die manche Pflanzen gegen Herbizide entwickelt haben. Oder er könnte die Ausbreitung invasiver Arten eindämmen: Wie etwa bei der eingeschleppten Aga-Kröte, die sich gerade in Australien ausbreitet und das natürliche Ökosystem bedroht.

Aufruf zur Zurückhaltung

Seit über zehn Jahren wird an der Realisierung von Gene Drives gearbeitet, doch anfangs waren die technischen Probleme fast unüberwindlich. Dies hat sich 2013 mit der Einführung der CRISPR-Technologie schlagartig geändert: Nun stehen alle Mittel bereit, einen Gene Drive rasch und erfolgreich umzusetzen.

Und damit hat auch die Frage der Sicherheit neue Dringlichkeit erhalten. Im Juli 2014 haben führende Wissenschaftler einen öffentlichen Aufruf verfasst2: Sie forderten eine behutsame Vorgehensweise, Schutzmaßnahmen gegen ungewollte Verbreitung und die Entwicklung neuer Methoden, die im Ernstfall eine Rücknahme der genetischen Manipulationen möglich machen. Und auch die Öffentlichkeit wurde aufgefordert, den Nutzen und die Risiken eines Gene Drives zu diskutieren.

Erste Gene Drives bald einsatzbereit

Doch das Echo auf diesen Aufruf war gedämpft. Der Öffentlichkeit ist das Problem kaum bewusst, eine Diskussion blieb dementsprechend aus. Und manche Forscher drängen auf einen Einsatz: In Kalifornien wurden kürzlich bereits Mücken erzeugt, die eine Ausbreitung des Malariaerregers verhindern könnten. Laut eigenen Angaben könnte das System bald für einen Einsatz bereit sein - die notwendigen Erlaubnisse vorausgesetzt.

Zumindest die größten technischen Hürden scheinen mittlerweile überwunden. Und falls sich in der Öffentlichkeit kein Widerstand regt, wären manche Gruppen mehr als bereit, einen Gene Drive so früh wie möglich in der freien Natur zu testen. Es wäre ein Experiment mit ungewissen Ausgang.

Teil 1/3: Gene Drive: Riskante Genmanipulation in freier Natur
Teil 2/3: Wie funktioniert ein Gene Drive?
Teil 3/3: Malaria und invasive Arten als Ziel
1 A. Burt, Site-specific selfish genes as tools for the control and genetic engineering of natural populations, Proceedings Biological sciences / The Royal Society, März 2003 (link)
2 Esvelt et al., Concerning RNA-guided gene drives for the alteration of wild populations, eLife 2014 (link)

Synthetische Biologie

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Kurz und knapp

  • ein Gene Drive kann das Erbgut freilebender Tiere verändern
  • egoistische genetische Elemente sorgen dafür, dass alle Nachkommen eines genmanipulierten Tieres ebenfalls verändert sind
  • ein Gene Drive könnte bei der Bekämpfung von Infektionskrankheiten und der Eindämmung invasiver Arten helfen
  • die Auswirkungen auf das Ökosystem sind allerdings noch nicht absehbar