Was sind Genantriebe? Wie Wissenschaftler sich gegen tödliche Moskitos wehren

Was ist das tödlichste Tier der Welt? Diese Frage erinnert an furchterregende Löwen, Tiger, Haie und Krokodile. Aber die Antwort ist ein Tier, das nicht mehr als 1 cm lang ist.

Ein paar Mückenarten, von Tausenden, die in verschiedenen Umgebungen leben, sind die tödlichsten Tiere der Welt. Anopheles Moskitos allein übertragen Malaria durch ihren Biss, infizieren jährlich mehr als 200 Millionen Menschen und sind für 400.000 Todesfälle pro Jahr verantwortlich, von denen 70 Prozent Kinder unter 5 Jahren sind.

Andere Moskito-Arten übertragen auch Krankheiten - Dengue-Fieber, West-Nil und Zika - durch ihren Biss.

Wir sind Genetiker am Imperial College in London, die sich auf die Stechmücke und ihre Rolle als Krankheitsüberträger konzentrieren. Seit mehr als 20 Jahren konzentrieren wir uns auf die Entwicklung von gentechnisch manipulierten Stechmücken. Das liegt daran, dass die jahrzehntelange Bekämpfung von Malaria uns gelehrt hat, dass die wirksamste Strategie zur Verhinderung von Malaria die Bekämpfung der Mücke selbst ist. Jahrelange Forschung hat zur Entwicklung des ultimativen und hochentwickelten genetischen Werkzeugs mit dem Namen „Gen Drive“ geführt. Wenn es richtig konstruiert ist, kann es Moskitopopulationen beseitigen, die in Käfigen im Labor untergebracht sind.

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Wir kämpfen jeden Tag gegen durch Mücken übertragene Krankheiten

Nur weibliche Mücken beißen den Menschen. Sie trinken menschliches Blut, um Nährstoffe zu sammeln, um ihre Eier herzustellen. Wenn die weibliche Mücke mit einem Virus oder Parasiten infiziert ist, wird die Infektion auf die gebissene Person übertragen. Wenn eine nicht infizierte Mücke den neu infizierten Menschen beißt, wird sie den Mikroorganismus aufnehmen und auch die Krankheit auf andere Personen übertragen.

Bei einer Krankheit wie Malaria, die fast die Hälfte der Weltbevölkerung bedroht, haben öffentliche Gesundheitsinitiativen verschiedene Methoden zur Bekämpfung des Malariaparasiten selbst wie Impfstoffe und Drogen eingesetzt. Andere Methoden - darunter Pestizide, Begasung, Bettnetze und die Entfernung der Lebensräume von Mücken - streben danach, entweder den Kontakt mit oder die Anzahl der Mücken zu reduzieren. Wir sind jedoch der Meinung, dass die Bekämpfung der Mücke der wirksamste Weg ist, um Malariafälle weltweit zu reduzieren.

In Afrika, wo die Malaria-Belastung am höchsten ist, ist das Sprühen von Insektiziden in Innenräumen und das Schlafen unter mit Insektiziden durchzogenen Bettnetzen die effektivsten Möglichkeiten, um die Übertragung von Malaria schnell zu reduzieren. Diese Kontrollmaßnahmen und Interventionen haben vielerorts dazu beigetragen, die Malaria-Belastung drastisch zu reduzieren. Seit 2010 ist die durch Malaria verursachte Sterblichkeitsrate bei Kindern unter 5 Jahren um 35 Prozent gesunken.

Diese Methoden sind jedoch nicht nachhaltig und müssen in großem Umfang umgesetzt werden, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen. Dies wurde zwischen 2014 und 2016 zum ersten Mal seit dem Jahr 2010, in dem Malaria-Fälle zugenommen haben, und damit gegen den in den Vorjahren zu beobachtenden Abwärtstrend. Stechmücken entwickeln Resistenzen gegen Malariamittel und Insektizide, und uns gehen die Optionen und die Zeit aus.

Ein neuer Ansatz

Um eine Malaria-Ausrottung zu erreichen, müssen Forscher im Bereich der öffentlichen Gesundheit unser Arsenal verbessern. Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir, das Crisanti-Labor hier am Imperial College, an einem Plan gearbeitet, um genau das zu tun.

Vor kurzem wurde eine Technologie namens CRISPR entwickelt, mit der Wissenschaftler DNA effizient bearbeiten können. Forscher auf der ganzen Welt verwenden CRISPR zur Modifizierung von Moskito-DNA mit dem Ziel, durch Mücken übertragene Krankheiten wie Malaria zu beseitigen. In unserem Labor haben wir die vielleicht fortschrittlichste Technologie entwickelt, die jemals vorgeschlagen wurde. Es wird als „Gen-Antrieb“ bezeichnet. Diese Art der genetischen Modifikation hat die Fähigkeit, ein Merkmal in einer wilden Bevölkerung zu verbreiten, wodurch die klassischen Gesetze der Vererbung außer Kraft gesetzt werden.

DNA, die von einem Elternteil über die klassischen Vererbungsgesetze von Generation zu Generation übertragen wird, wird nur von der Hälfte der Nachkommen jeder Generation geerbt. Dadurch bleibt die Häufigkeit dieser genetischen Veränderung oder des Merkmals in der Mückenpopulation gleich.

Gene Drives werden von mehr als 50 Prozent der Nachkommenschaft vererbt. Dies gibt ihnen die Möglichkeit, die Häufigkeit eines Merkmals in nachfolgenden Generationen schrittweise zu erhöhen, was einen Vorteil gegenüber der möglichen Verwendung von anderen GV-Stechmücken darstellt.

Ethik der Veränderung von Wildmoskito-Populationen

Wir haben einen Gentrieb entwickelt, der auf Fruchtbarkeitsgene abzielt, die für die Entwicklung der weiblichen Mücke unerlässlich sind. Wenn diese Gene zerstört werden, kann das weibliche Insekt keine Nachkommen beißen oder produzieren.

Der Vorteil von Gen-Laufwerken ist, dass wir nur das Ziel ansteuern können Anopheles gambiae Spezies - einer der primären Vektoren, die die Krankheit in Afrika südlich der Sahara tragen - ohne Auswirkungen auf diejenigen, die dies nicht tun.

Als wir unsere Technologie im Labor testeten, konnten wir dieses Merkmal auf 100 Prozent der Moskitopopulation in den Käfigen ausbreiten. Die Produktion normaler männlicher Moskitos und steriler Weibchen hatte zur Folge, dass wir die Bevölkerung innerhalb von sechs Monaten auf null sanken.

Dies ist das erste Mal, dass eine Population mithilfe eines Gen-Laufwerks unterdrückt wurde, allerdings im Labor.

Gene Drive ist eine schnelllebige und leistungsstarke Gentechnologie. Die Fähigkeit, natürliche Bevölkerungen ohne ständiges Eingreifen des Menschen umzuwandeln, macht sie ideal, um die derzeitigen Instrumente und Methoden zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten zu ergänzen und ihre ökonomische und ökologische Belastung zu reduzieren.

Auch wenn die Unterdrückung von Käfigen-Moskitopopulationen im Labor ein Meilenstein ist, liegt die tatsächliche Freilassung eines Gentriebs in der Zukunft mindestens zehn Jahre entfernt.

Da sich die Technologie allein und über potenziell große geografische Gebiete ausbreiten kann, wirft die Technologie potenzielle ethische Bedenken hinsichtlich ihres Einsatzes auf. Wer entscheidet beispielsweise, wann ein Gen-Laufwerk freigesetzt wird, wenn die betroffenen Gemeinden nicht den vollen Konsens erreichen? Diese Fragen werden von Wissenschaftlern, Ethikern, Aufsichtsbehörden und denjenigen, die vom Einsatz von Gen-Antriebstechnologie betroffen sein könnten, ausführlich diskutiert.

Nichtsdestotrotz hat die Wissenschaftsgemeinschaft große Fortschritte hinsichtlich möglicher Methoden zum Schutz der Technologie gemacht, einschließlich der Möglichkeiten für Designs, die ihre Verbreitung einschränken würden. Die endgültige Entscheidung darüber, ob ein Gen-Antrieb in freier Wildbahn freigesetzt werden kann, muss mit Zustimmung der betroffenen Länder und insbesondere der Gemeinden, die täglich mit diesen Krankheiten leben, getroffen werden.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Andrea Crisanti und Kyros Kyrou veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.