Gene Drive - Genmanipulation in freier Natur

     

Forscher arbeiten an der Möglichkeit, das Erbgut freilebender Tiere zu verändern. Krankheiten könnten so bekämpft werden, aber die Folgen wären kaum absehbar.

Warum nicht Mücken für den Kampf gegen die Malaria rekrutieren? Ein paar zusätzliche Gene könnte die Blutsauger dazu bringen, den Erreger der Krankheit sofort abzutöten. Oder vielleicht gleich die Mücken ausrotten? Was bis vor wenigen Jahre Utopie war, könnte schon bald Realität werden: Der sogenannte "Gene Drive" erlaubt Eingriffe, die das Erbgut wildlebender Tiere nach Belieben verändern könnten.

Synthetische Biologie

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

Die geläufigen Regeln der Vererbung gelten dabei nicht mehr. In der Natur dauert es meist lange, bis sich eine neue Eigenschaft in großen Populationen durchgesetzt hat. Doch ein Gene Drive benötigt dazu nur wenige Generationen: Ein einzelnes manipuliertes Tier kann neuen Genen in allen seinen Nachfahren zur Dominanz verhelfen. Und auch noch in allen folgenden Generationen - bis kein unverändertes Individuum mehr übrig ist.

Egoistische Elemente springen im Erbgut

Dass dies problematisch ist, liegt auf der Hand. Niemand kann bislang vorhersehen, welche Folgen eine derart schwerwiegender Eingriff in das Erbgut einer freilebenden Tierart haben würde. Gerät der Gene Drive außer Kontrolle, könnten ganze Ökosysteme darunter leiden. Dazu kommt, dass ein Gene Drive nur schwer zurückzunehmen ist - falls es überhaupt möglich ist. Führende Wissenschaftler haben deshalb zur Zurückhaltung aufgerufen, doch ob dies uneingeschränkt Gehör findet, ist ungewiss.

Das Konzept des Gene Drive stammt aus dem Jahr 2003. Der britische Forscher Austin Burt hatte 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. Und dominieren damit in nahezu 100 % aller Nachkommen - sogar dann, wenn diese eigentlich die Fitness der Tiere beeinträchtigen.

Wenn das genetische Element 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, die so kurze Generationszeiten wie Mücken haben, 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.

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)

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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