Vererbung mit Unterstützung

Gene-Drive - eine neues, risikoreiches Gentechnik-Verfahren

Ein neuer molekulargenetischer Mechanismus, Gene Drive, verschafft ausgewählten Genen einen Vererbungsvorteil. Die Folgen können erheblich sein.

Aufgrund der schnellen Entwicklungen des Gene Editing-Verfahrens CRISPR-Cas9 1 gibt es mittlerweile ein neues extremes Gentechnik-Verfahren, das selbst seine eigenen ErfinderInnen beunruhigt. Stellen Sie sich die potenziellen Folgen vor, wenn es möglich ist, nur eine einzige Fliege freizusetzen und damit weltweit alle Fliegen derselben Art verändern zu können. Zum Beispiel alle gelb zu färben, giftig zu machen oder aussterben zu lassen. Das wäre ein „Gene Drive“.

Der Begriff Gene Drive bezieht sich auf ein genetisches Element, das zuverlässig von einer Generation auf praktisch alle Nachkommen übertragen wird. Gene Drive-Mechanismen sind entwickelt worden, um eine bestimmte Eigenschaft sehr effektiv in wild lebenden Populationen zu verbreiten. Das eröffnet die Möglichkeit, ganze Ökosysteme zu verändern.

Gene Drive-Mechanismen markieren eine neue Bereitschaft der Biotech-Industrie, sowohl Gene in der freien Natur, als auch das fundamentale Verhältnis zwischen der Menschheit und Natur zu verändern. Die Folgen für Umwelt, Ernährungssicherheit, Frieden und das soziale Gleichgewicht sind erheblich. Gene Drive-Mechanismen haben die Aufmerksamkeit der weltweit mächtigsten Militärs, des Agro-Business und von wissenschaftlichen Organisationen auf sich sich gezogen. Sie scheinen relativ billig und einfach in der Handhabung zu sein, was bedeutet, dass sie auch in die Hände von denjenigen fallen können, die sie möglicherweise als Waffe einsetzen wollen. Die Frage, wie eine solche Technologie eingedämmt und reguliert werden kann, ist sehr schwierig zu beantworten. Im Dezember dieses Jahres wird diese Frage in das Licht der Öffentlichkeit gerückt werden, wenn sich die Mitglieder des Übereinkommens über die Biologische Vielfalt unter dem Dach der Vereinten Nationen in Cancun (Mexiko) treffen.

Funktion des Gene Drive

Anfang 2015 veröffentlichten zwei Forscher der Universität des US-Bundesstaates Kalifornien in San Diego, dass sie einen funktionierenden Gene Drive-Mechanismus entwickelt hätten, mit dem sie die Farbe von Fruchtfliegen verändern könnten. Sie nannten dies eine „mutagene Kettenreaktion“. Das Konzept ist in der Zwischenzeit an Mücken, Würmern und Hefe bestätigt worden. Die mutagene Kettenreaktion funktioniert, indem der durchführende Mechanismus sich selbst - beziehungsweise die genetische Information, die für ihn kodiert - von der Elterngeneration in die Nachkommen kopiert. (Siehe dazu auch Kasten auf Seite 44.)

Der natürliche Prozess der Vererbung durch sexuelle Reproduktion ist eigentlich ein Eckpfeiler der genetischen Vielfalt innerhalb einer Art. Gene Drive-Mechanismen können die Uniformität oder das Aussterben von Arten bewirken, indem die sie die grundlegenden Gesetze der Evolution verletzen. Die potentiellen Folgen der Anwendung an natürlichen Populationen sind also schwerwiegend. Die normalen Muster der Vererbung ergeben - entsprechend der Mendelschen Regeln - für einzelne Gene eine Wahrscheinlichkeit von ungefähr 50 Prozent, an die Nachkommen weitergegeben zu werden. Bei den Gene Drive-Mechanismen liegt diese Wahrscheinlichkeit jedoch bei nahezu 100 Prozent.

Wenn jemand eine Art zerstören und ihr Aussterben verursachen will, könnte er zum Beispiel einen Gene Drive-Mechanismus entwickeln, der dafür sorgt, dass alle Nachkommen männlich sind. Dieser Ansatz wurde bei dem sogenannten „daughterless mouse“-Gene Drive verfolgt. Wenn sich eine „tochterlose“ weibliche Maus mit einem Männchen - egal welcher Veranlagung - paart, kann sie nur männliche Nachkommen hervorbringen. Diese werden ihrerseits die Tochterlos-Eigenschaft in der Population verbreiten. Das setzt sich fort bis die Population zerstört ist. Gene Drive-EntwicklerInnen nennen einen solchen Mechanismus einen „global drive“, einen „globalen Gene Drive-Mechanismus“. Er verbreitet sich so lange, bis er überall - in der gesamten Population - vorkommt. Laut den EntwicklerInnen sollen auch andere - lokale - Gene Drive-Mechanismen möglich sein können (siehe Kasten).

Gene Drive auf internationaler Bühne

Aufgrund der schweren Schäden, die durch die Veränderung der Ökosysteme und durch die Reduzierung der genetischen Vielfalt entstehen können, ist es von immenser Bedeutung, dass die Mitglieder des Übereinkommens über die Biologische Vielfalt unter dem Dach der Vereinten Nationen endlich damit beginnen, eine weltweite Kontrolle über die Entwicklung und den Einsatz der Gene Drive-Mechanismen zu etablieren. Dafür wäre die Verabschiedung eines Moratoriums der erste Schritt. Patente auf die Gene Drive-Mechanismen sollten unter die Aufsicht der Vereinten Nationen gestellt werden. Im Rahmen der Verhandlungen auf der Vertragsstaatenkonferenz der Mitglieder der Konvention werden diese im Dezember in Cancun in einem größeren Rahmen über Fragen der Synthetischen Biologie debattieren. In diesem Zusammenhang könnten sie einen Freisetzungsstopp von Organismen mit Gene Drive-Mechanismen beschließen. Auch die Mitgliedstaaten des Cartagena Protokolls über Biologische Sicherheit werden sich treffen. Sie sollten anerkennen, dass sich derartige Organismen nicht an Ländergrenzen stören, sondern sich unkontrolliert ausbreiten können - ein Umstand, der die Gene Drive-Mechanismen zu einer Sache für das Cartagena-Protokoll und seine Mitgliedstaaten macht.

Übersetzung: Christof Potthof

  • 1. CRISPR-Cas9 ist ein molekularbiologisches Verfahren zum Verändern von Erbgut.

Jim Thomas ist Mitarbeiter der kanadischen Nichtregierungsorganisation ETC Group.

zur Artikelübersicht

GID Meta
Erschienen in
GID-Ausgabe
238
vom November 2016
Seite 43 - 44

Gene Drives

Wenn sich Organismen geschlechtlich fortpflanzen, bekommen sie von jedem ihrer Chromosomen eine Variante der Mutter und eine des Vaters. Die genetische Information liegt also für jedes Gen doppelt vor - potentiell in verschiedenen Varianten (die sogenannten Allele).

Nehmen wir an, ein Organismus hat nur ein Chromosom, dieses aber doppelt, eine Variante vom Vater und eine von der Mutter. Der Vater wurde zuvor gentechnisch verändert. Diese Veränderung liegt also auf dem väterlichen dieser beiden Chromosomen und enthält auch die Erbinformation eines Gene Drive-Mechanismus. Das mütterliche Chromosom wird durch den Gene Drive-Mechanismus verändert, und zwar an der gleichen Stelle im gleichen Gen wie dies beim Vater der Fall ist, da der Mechanismus dabei das väterliche Chromosom als Vorlage nimmt. Die mütterliche Genvariante wird in die väterliche umgeschrieben und erhält dabei auch die Erbinformation des Gene Drive-Mechanismus eingebaut. Die Vererbung der Veränderung inklusive des Gene Drive-Mechanismus von der Elterngeneration zu den Nachkommen ist praktisch 100 Prozent statt der üblichen 50 Prozent und wird entsprechend an die folgenden Generationen weitergegeben.

(Isabelle Bartram und Christof Potthof)

Beispiele für verschiedene Gene Drive-Mechanismen

Globaler Gene Drive-Mechanismus: ein Gene Drive-Standardmechanismus, der sich kontinuierlich verbreitet, potentiell bis die Eigenschaft in der gesamten Population vorkommt (oder das Aussterben der Art verursacht hat).

Umkehrbarer Gene Drive: Ein spekulativer Vorschlag, die Effekte eines Gene Drive-Mechanismus umzukehren, indem ein zweites Mechanismus dem ersten hinterhergeschickt wird. Die AutorInnen eines Berichtes der Nationalen Akademien der Wissenschaften in den USA haben sich skeptisch geäußert, ob diese Idee zuverlässig umsetzbar ist.1

Geteilter Drive: Eine Technik bei der das Erbgut für einen halben Gene Drive-Mechanismus in die DNA eines Organismus eingebaut wird, und die andere Hälfte in einen Teil eines assoziierten Virus, sodass der Organismus nicht die Information für den gesamten Gene Drive-Mechanismus an die nächste Generation weitergeben kann. Diese Variante ist als Biosicherheits-Werkzeug im Labor gedacht. Für den Einsatz in der Natur ist sie nicht geeignet.

Daisy Drive: Ein vorgeschlagener Gene Drive-Mechanismus, der theoretisch inaktiv wird, wenn eine bestimmte Anzahl von Generationen durchlaufen sind. Er ist als lokaler Gene Drive-Mechanismus gedacht, der sich nicht unkontrollierbar verbreitet. Der Erfinder, Kevin Esvelt, erkennt an, dass sich ein Daisy Drive unabsichtlich (durch einen Un- oder Zufall) durch Mutation in einen globalen Mechanismus verändern kann.

(Jim Thomas)

  • 1. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (2016): „Gene Drives on the Horizon: Advancing Science, Navigating Uncertainty, and Aligning Research with Public Values“. Washington (DC), USA. The National Academies Press. doi:10.17226/23405.

Nur durch Spenden ermöglicht!

Einige Artikel unserer Zeitschrift sowie unsere Online-Artikel sind sofort für alle kostenlos lesbar. Die intensive Recherche, das Schreiben eigener Artikel und das Redigieren der Artikel externer Autor*innen nehmen viel Zeit in Anspruch. Bitte tragen Sie durch Ihre Spende dazu bei, dass wir unsere vielen digitalen Leser*innen auch in Zukunft aktuell und kritisch über wichtige Entwicklungen im Bereich Biotechnologie informieren können.

Ja, ich spende!  Nein, diesmal nicht