Ein Weibchen der Anopheles-Mücke beim Stechen: Gene Drive soll sie steril machen. Wie effizient die Methode wirklich ist, weiß man noch nicht.

dpa

Anfang Juli 2019 wurden in dem westafrikanischen Staat Burkina Faso 6400 genetisch veränderte Mücken freigesetzt. Es handelt sich um einen Vorversuch im Feld, der von "Target Malaria" organisiert wurde, einem internationalen Forschungskonsortium, das Malaria mithilfe von sogenannten Gene Drives besiegen möchte. Die Idee ist einfach: Reduziert man die Anzahl der Mücken, die Malaria übertragen, indem man sie durch einen Geneingriff steril macht, infizieren sich weniger Menschen.

Mit dem Testlauf wollen die Forscher erste praktische Erfahrungen sammeln und herausfinden wie sich die Labormücken in der Wildnis verhalten und verbreiten. Die in Burkina Faso freigesetzten Mückenmännchen wurden genetisch zwar so verändert, dass sie steril sind, einen Gene Drive aber, der alle Mückennachkommen steril machen würde, tragen sie nicht. Die umstrittene Methode wurde bisher noch nie im Freiland getestet – der Vorversuch zeigt aber, dass die Technologie Fortschritte macht.

Vererbung beschleunigt

Beim Gene Drive wird die Vererbung einer bestimmten Eigenschaft gentechnisch beschleunigt. Der zugrunde liegende Mechanismus existiert auch in der Natur und kann im Labor nachgebaut werden. Dabei statten Biologen ein Stück DNA, das eine bestimmte Eigenschaft trägt, so aus, dass es sich selbstständig an alle Nachkommen vererben kann. Laut den Mendel’schen Regeln erben in jeder Generation durchschnittlich die Hälfte der Nachkommen die Eigenschaft. Per Gene Drive sind es im Idealfall 100 Prozent, sodass nach wenigen Generationen alle Individuen einer Population die gewünschte Eigenschaft hätten.

"Das ist eine neue Stufe der Gentechnik", sagt Bernd Giese vom Institut für Sicherheits- und Risikowissenschaften der Boku Wien, der gemeinsam mit deutschen Institutionen eine Risikobewertung von Gene-Drive-Systemen durchführt, "damit lässt sich erstmalig in die Evolution von Wildpopulationen eingreifen."

Unerwünschte Entwicklungen korrigieren

Die Technologie soll unter anderem neue Wege eröffnen, ökologisch unerwünschte Entwicklungen zu korrigieren. So könnte man gezielt bestimmte eingeschleppte oder potenziell gefährliche Tierarten dezimieren. Mücken gehören ganz oben auf die Liste der Kandidaten gesetzt. Sie übertragen Krankheiten, die jedes Jahr hunderttausende Menschen das Leben kosten. 2017 wurden weltweit 219 Millionen Malariafälle gezählt, 435.000 Menschen starben an der Infektion, häufig trifft es Kinder unter fünf Jahren. Auch Dengue und Zika, bisher nicht behandelbar, könnten mithilfe der Methode bekämpft werden.

Gene Drives könnten außerdem im Artenschutz und in der Landwirtschaft Anwendung finden, indem sie invasive Arten zurückdrängen. Neuseeland etwa erwägt den Einsatz von Gene Drives, um eingeschleppte Mäuse zu eliminieren, sodass sich die einheimische Tierwelt wieder erholen kann. Und in Kalifornien haben Forscher ein Gene-Drive-System entwickelt, mit dem sich die bei Obstbauern gefürchtete Kirschessigfliege bekämpfen ließe.

Schäden durch Kirschessigfliege

"Die Kirschessigfliege sorgt auch hierzulande für große Schäden. Eine Methode, die gezielt nur diese Art angreift, wäre ein Segen. Stattdessen muss man auf Insektizide zurückgreifen, die auch einheimische Arten töten", sagt der Biologe Ernst Wimmer von der Universität Göttingen, der auch an Methoden der Schädlingsbekämpfung arbeitet. Doch wie gut funktionieren Gene Drives und wie sicher sind sie wirklich? Im September 2018 sorgte die Arbeit einer Forschergruppe vom Imperial College in London für Schlagzeilen, da ihnen der Zusammenbruch mehrerer Mückenpopulationen im Labor gelang. Andrea Crisanti und sein Team brachten einen Gene Drive in eine Malaria übertragende Mückenart ein, der das Gen doublesex verändert. Die Weibchen werden dadurch unfruchtbar und legen keine Eier. Nach acht bis zwölf Generationen waren die Mücken aus den Biosicherheitsinsektarien verschwunden. Die Arbeit sticht heraus, denn die Effektivität der derzeitigen Gene Drives ist nicht ausreichend: Häufig entwickeln sich Resistenzen, das heißt, der Gene Drive breitet sich nicht wie vorhergesagt unbegrenzt in einer Population aus, was ihn mit der Zeit wirkungslos macht.

Das liegt auch an der Funktionsweise der Gen-Schere CRISPR/ Cas. Grundsätzlich hat sie die Gene-Drive-Forschung in den vergangenen fünf Jahren massiv beschleunigt: Biologen können nun punktgenau bestimmen, wo eine Veränderung im Genom stattfinden soll. Die Bauanleitung für die Gen-Schere selbst ist heute Teil der Gene-Drive-Ausstattung, sodass sich die gewünschte Veränderung in jedem Fortpflanzungszyklus neu in die Nachkommen kopiert. "Mit CRISPR nutzt man aber ein Werkzeug, das selbst Mutationen erzeugt. Der Effekt ist damit nicht nachhaltig", sagt Wimmer, der die Methode an Fruchtfliegen erforscht hat. Die Gen-Schere schneidet den DNA-Doppelstrang entzwei und überlässt die Reparatur der zelleigenen Maschinerie. Teilweise arbeitet diese aber ungenau, sodass an der CRISPR-Schnittstelle zusätzliche Bausteine eingefügt oder manche weggelassen werden – die Gen-Schere kann dort im nächsten Fortpflanzungszyklus folglich nicht mehr ansetzen.

Hochkonservatives Gen

Crisantis Team führte insgesamt neun Experimente durch und inserierte dabei über eine Million Gene Drives – ohne Resistenzen zu beobachten. Ihr Trick: Sie nutzen ein hochkonserviertes Gen, das Mutationen, also Veränderungen der DNA, nicht toleriert. Folglich überleben nur jene Mücken mit korrekt kopiertem und repariertem Gene Drive. Das Team ist dabei, den Drive in einem größeren Maßstab in Sicherheitskäfigen in Italien zu testen. "In drei Jahren könnte die Technik so weit sein", sagt Crisanti in einem Bericht im Fachblatt Nature.

Bislang hat aber noch keine Regulierungsbehörde grünes Licht für die Freisetzung eines Gene Drives gegeben. "Die Zeit ist noch nicht reif", sagt Giese, "bevor man an Freisetzung denkt, muss die Methode beherrschbar sein." Ein Standard Drive, also ein sich selbst vermehrendes System, hat aber per definitionem keine Bremse. Weswegen Wissenschafter bereits alternative Drives konstruieren, die sich von vornherein nicht unbegrenzt ausbreiten können, sondern nach einer gewissen Zeit von allein auslaufen.

Kevin Esvelt vom MIT in Cambridge, ein Pionier der Gene-Drive-Forschung, möchte auf diese Weise langfristig Mäusepopulationen regulieren: Auf den amerikanischen Inseln Nantucket und Martha’s Vineyard sollen auf diese Weise weniger Menschen an Borreliose erkranken, denn Mäuse dienen Zecken als Zwischenwirte. Die Bewohner der Insel sind mit den geplanten Versuchen vertraut und haben ein Mitspracherecht. "Wir plädieren grundsätzlich für Transparenz, auch in frühen Forschungsphasen", so Esvelt, der zu jenen Forschern gehört, die sich der Macht der neuen Technologie bewusst sind: "Wenn man in ein so komplexes System eingreift, eines, das man nicht vollständig versteht, ist Demut unerlässlich." (Juliette Irmer, 6.1.2020)