Gene Drive - Malaria und invasive Arten als Ziel

     

Noch ist der Gene Drive nur ein Experiment, doch über zukünftige Anwendungen wird bereits eifrig diskutiert: Infektionskrankheiten, invasive Arten und landwirtschaftliche Schädlinge stehen ganz oben auf der Liste.

Stechmücken, Aga-Kröten und Kirschessigfliegen - auf den ersten Blick haben sie nur wenig gemeinsam. Doch der Mensch sieht alle drei als ernste Bedrohung, entweder für seine Gesundheit, die natürlichen Ökosysteme oder die Landwirtschaft. Konventionelle Methoden der Bekämpfung wirken bei ihnen nur bedingt, und ohne neue Waffen wird man den Plagen kaum beikommen können.

Der Gene Drive könnte eine dieser Waffe sein. Forscher wollen dieses "egoistische" genetische Element nutzen, um neue Gene in wildlebenden Populationen zu verbreiten. Das wäre ein schwerer Eingriff in die Natur, verbunden mit ungeklärten ethischen Fragen und kaum absehbaren ökologischen Risiken. Aber auch der Nutzen scheint hoch: Ein Gene Drive verspricht die effiziente, vielleicht sogar endgültige Lösung vieler Probleme.

Infektionskrankheiten - Malaria und Co

Jährlich erkranken mehr als 200 Millionen Menschen an Malaria, über 400 000 versterben daran1. Der Erreger wird durch Stechmücken übertragen, und dies ist der einzige natürliche Infektionsweg. Mücken übertragen noch eine Reihe anderer Infektionskrankheiten, darunter auch Gelb-, Dengue- und Zikafieber. Wenn Forscher die Mückenplage eindämmen, wäre damit auch ein großer Schritt zur Bekämpfung dieser Krankheiten getan.

Die Stechmücke ist der einzige natürliche Überträger des Malaria-Erregers. (Bild: J. D. Gathany, CDC)

Gängige Methoden zur Malaria-Bekämpfung sind nur begrenzt wirksam. Moskitonetze schützen während des Schlafes vor Stichen, aber viele Mücken sind auch draußen oder tagsüber aktiv. Insektizide können Mücken zurückdrängen, aber nicht gänzlich ausrotten. Und Medikamente sind vor allem in armen und abgelegenen Gebieten nicht immer zugänglich, zudem wird ihre Wirksamkeit durch unweigerlich aufkommende Resistenzen eingeschränkt.

Der Gene Drive bietet zwei neue Optionen. Zum einen könnte er Mücken eine Immunität gegen Malaria verleihen, so dass sie als Überträger der Krankheit ausfallen. Dazu wird ein Gen implantiert, das einen Antikörper gegen den Malaria-Erreger erzeugt und dessen Überleben im Moskito verhindert2.

Deutlich radikaler ist der Ansatz, den Gene Drive für die Ausrottung der Mücken einzusetzen. Dazu werden Gene in der Population verbreitet, die entweder Unfruchtbarkeit auslösen oder bevorzugt nur männliche erzeugen. Die Konsequenz wäre in beiden Fällen gleich: Die freilebende Mücken-Population wird nach einigen Generationen zusammenbrechen.

Invasive Arten - gegen die gefräßige Aga-Kröte

Viele Länder kämpfen mit dem Problem, dass eingeschleppte (invasive) Arten die einheimische Flora und Fauna bedrohen. Neuseeland hat es besonders hart getroffen: Ratten, Wiesel und Kusus treiben viele Vogelarten an den Rand des Aussterbens. Aber auch in Australien richtet die gefräßige Aga-Kröte gewaltige Schäden an natürlichen Ökosystemen an, während auf einigen Südseeinseln Mäuse und Ratten brütende Seevögel bedrohen.

Die Aga-Kröte gehört zu den invasiven Arten, die schwere Schäden in natürlichen Ökosystemen verursachen. (Bild: B. Dupont, cc by-sa 2.0)

Oft versuchen die betroffenen Länder das Problem durch intensive Jagd, dem Aufstellen von Fallen oder Auslegen von vergifteten Ködern in den Griff zu bekommen. Als besonders rabiate Maßnahme wurden auch tödliche Infektionskrankheiten eingeführt. Diese Ansätze können die invasiven Arten zwar zurückdrängen, aber nur selten wirksam ausrotten. Nur auf kleinen und abgelegenen Inseln besteht hier Aussicht auf Erfolg.

Ein Gene Drive könnte - ähnlich wie bei Stechmücken - in den invasiven Arten Unfruchtbarkeit erzeugen und so eine Ausrottung erzwingen. Da diese Eindringlinge per Definition nicht zur lokalen Tierwelt gehören, wären die Auswirkungen auf die Ökosysteme wohl auch überschaubar. In Neuseeland gehört der Gene Drive daher auch bereits zum offiziellen Katalog der Optionen, die in Zukunft erkundet werden sollen3.

Hungrige Kirschbaumfliegen und resistente Maiswurzelbohrer

Werden Insekten aus fernen Ländern eingeschleppt, fehlt es manchmal in der neuen Umgebung an Feinden und die Eindringlinge können sich ungehemmt vermehren. Ein Beispiel ist die asiatische Kirschessigfliege: Der winzige Schädling legt seine Eier auf diversen Obstsorten wie Kirschen, Pflaumen und Trauben ab. Da die Eiablage kurz vor der Reifung erfolgt, ist ein Einsatz von Insektiziden nicht mehr erlaubt, und die schlüpfenden Larven können die Ernte im schlimmsten Fall fast vollständig vernichten.

Die Kirschessigfliegen stammt ursprünglich aus Asien und richtet nun weltweit große Schäden im Obstanbau an. (Bild: J. Gallagher, cc by 2.0)

Eine weitere Gefahr droht durch Insekten, die eine Resistenz gegen bestimmte Pestizide entwickelt haben. Dazu zählen etwa die natürlichen Gifte aus der Gruppe der Bt-Toxine, die noch als vergleichsweise umweltverträglich gelten, da ihre Wirkung auf den Schädling begrenzt bleibt. Manche Insekten wie etwa der amerikanische Maiswurzelbohrer sind allerdings bereits resistent gegen manche Bt-Toxine geworden4.

Insektizid-Resistenzen starten einen gefährlichen Wettlauf, der in einem massiven Einsatz von noch gefährlicheren Giften münden kann. Bei eingeschleppten Schädlingen kann manchmal der Import von natürlichen Feinden helfen - aber auch neue Probleme nach sich ziehen. Auch die Aga-Kröte, die in Australien schwere Schäden anrichtet, wurde ursprünglich zur Schädlingsbekämpfung importiert.

Ein Gene Drive bietet mehrere Möglichkeiten, um den Kampf gegen Schädlinge zu unterstützen. Bei eingeschleppten Arten wäre es ökologisch vertretbar, sie in den betroffenen Regionen auszurotten - ähnlich wie bei Stechmücken und invasiven Arten angedacht.

Für die Unempfindlichkeit gegenüber Insektiziden bietet sich ein anderer Ansatzpunkt. Da diese Resistenzen auf Mutationen im Erbgut beruhen, könnte ein Gene Drive diese Anpassung rückgängig machen5. Das resistente Gen wird dabei gegen die ursprüngliche Variante ausgetauscht, das Insektizid ist dann wieder wirksam.

Denkbar sind allerdings auch ganz neue Formen von Insektiziden: Der Gene Drive könnte eine Sensitivität gegenüber Substanzen erzeugen, die an sich keine toxische Wirkung haben5. Dies ist etwa möglich, indem ein Enzym in das Erbgut eingefügt wird, welches eine harmlose Substanz in ein gefährliches Gift verwandelt. Oder indem Varianten von Genen eingeführt werden, die empfindliche auf bestimmte Chemikalien reagieren. Derartige Ansätze erscheinen zwar attraktiv, bleiben aber weitgehend noch Theorie - von einer Umsetzung sind sie weit entfernt.

1 WHO, World malaria report 2017, 29.11.2017 (link)
2E. Pennisi, Gene drive turns mosquitoes into malaria fighters, Science, November 2015 (link)
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Die Stechmücke ist der einzige natürliche Überträger des Malaria-Erregers. (Bild: J. D. Gathany, CDC)

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Die Aga-Kröte gehört zu den invasiven Arten, die schwere Schäden in natürlichen Ökosystemen verursachen. (Bild: B. Dupont, cc by-sa 2.0)

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Die Kirschessigfliegen stammt ursprünglich aus Asien und richtet nun weltweit große Schäden im Obstanbau an. (Bild: J. Gallagher, cc by 2.0)

Kurz und knapp

  • Gene Drives könnten den Kampf gegen Malaria, invasive Arten und Schadinsekten unterstützen. Diverse Option werden diskutiert:
  • 1. Stechmücken immun gegen Malaria-Erreger machen
  • 2. Mücken oder invasive Arten ausrotten, indem Unfruchtbarkeit oder vorwiegend männliche Tiere erzeugt werden
  • 3. Resistenzen gegen Pestizide umkehren, indem resistente Gene ausgetauscht werden
  • 4. Toxische Reaktionen gegen harmlose Substanzen in das Erbgut einprogrammieren