Stellen Sie sich vor, es wäre möglich, einen Organismus genetisch so zu verändern, dass die Art, zu der dieser gehört, verschwindet. Oder stellen Sie sich vor, es wäre möglich, eine Population einer gefährdeten Art genetisch so zu verändern, dass sie erhalten bleibt. Nun, es ist möglich, und wir werden erklären, wie und warum.
Der Gene-Drive ist eine gentechnische Technik, die es theoretisch ermöglicht, 100% eines Gens durch sexuelle Fortpflanzung zu übertragen. Mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Genom-Editierungstechnik bieten Gene-Drives die Möglichkeit, eine ganze Spezies zu verändern, und eröffnen ein breites Spektrum an Lösungen für globale Probleme.
Diese Technik kann insbesondere zur Bekämpfung invasiver Arten, zur Beseitigung unerwünschter Gene (z. B. Resistenzen gegen Antibiotika oder Insektizide), sowie zur Eindämmung der Ausbreitung bestimmter Arten eingesetzt werden. Kurzum, die Anwendungsbereiche sind folgende: Landwirtschaft, Krankheitsbekämpfung, Naturschutz und biologische Waffen.
Aber wie kann ein neues Gen eingeführt oder gelöscht werden? Dazu wird CRISPR/Cas9 verwendet, die wie eine molekulare Schere funktioniert und es ermöglicht, ein Gen an einer bestimmten Stelle zu schneiden und dort eine Mutation einzuführen.
Die CRISPR/Cas9-Technologie funktioniert nach dem folgenden Prinzip: zunächst müssen die Wissenschaftler eine RNA herstellen, die eine bestimmte Stelle auf der DNA erkennt, an der wir den Eingriff vornehmen wollen. Dann verbindet sich die Guide-RNA mit dem Cas9 und die beiden bilden eine “molekulare Schere”, die den Schnitt an der gewünschten Stelle ermöglicht. Dadurch wird die DNA beschädigt. Auf diese Weise führt die Zelle eine Reparatur durch, indem sie eine zufällige Mutation einführt.
Der Gene-Drive ist jedoch nicht perfekt, da es sich um eine irreversible und unkontrollierbare Methode handelt. Normalerweise sollte die von der Mutter getragene genomische Veränderung nur an die Hälfte der Nachkommen weitergegeben werden, aber dank des Gene- Drives garantieren wir eine Kopie dieser Veränderung im väterlichen Chromosom. Somit tragen die Nachkommen zwei Kopien der Veränderung, die im homozygoten Zustand vorliegt.
Die Abbildung oben zeigt, wie das funktioniert. Ein grünes DNA-Fragment ist ein verändertes Gen, das sich in der gesamten Population ausbreiten wird. Das Bild zeigt, wie Cas9 das veränderte Gen so einfügt, dass beide Chromosomen es haben.
Sind die genetisch veränderten Individuen erst einmal freigesetzt, gibt es kein Zurück mehr, und die Weitergabe an alle Nachkommen ist fast sicher. Es handelt sich um eine Kettenreaktion, an deren Ende alle Individuen einer Population Träger des aus dem Gene-Drive resultierenden Merkmals sind.
Der Fall Malaria
Malaria ist eine Infektionskrankheit, die durch einen Parasiten der Gattung Plasmodium verursacht wird. Diese Parasiten haben die Besonderheit, während ihres Entwicklungszyklus mehrere Wirte zu nutzen.
Der Lebenszyklus des Malariaparasiten umfasst zwei Wirte: zum einen die Stechmücke und zum anderen den Menschen. Die Mücke beherbergt das Plasmodium in ihren Speicheldrüsen und überträgt es durch Stechen, wenn das Insekt einen Menschen oder ein anderes Wirbeltier sticht.
Schätzungen zufolge sind 250 Millionen Menschen von dieser Krankheit betroffen, von denen jedes Jahr 900.000 sterben. Aufgrund ihrer weiten Verbreitung und des Mangels an wirksamen Behandlungen und Impfstoffen ist Malaria auch im Jahr 2022 noch ein großes Problem für die öffentliche Gesundheit. Um dem entgegenzuwirken, versuchen viele Wissenschaftler, diese Krankheit mit Hilfe der Gentechnik und des Gene-Drives zu bekämpfen.
Der Kampf gegen Malaria
Wie wird nun diese neue und wirksame Technik zur Bekämpfung der Malaria eingesetzt? Können wir die Krankheit tatsächlich vollständig ausrotten? Das ist im Raum des Möglichen (1). Dennoch wurden Gene-Drives bisher nicht zur Ausrottung von Malaria eingesetzt. Die Technik ist zu mächtig, und es ist immer noch zu gefährlich, Gene-Drives in der freien Wildbahn einzusetzen. Gene-Drives werden aber wahrscheinlich irgendwann in der Zukunft eingesetzt werden, also lassen Sie uns zwei Methoden zur Ausrottung von Malaria untersuchen!
Eine der Methoden ist die Populationsunterdrückung. Mit Hilfe eines Gene-Drives können weibliche Mücken unfruchtbar gemacht werden, wodurch die Population einer Mückenart ausgerottet oder erheblich reduziert werden könnte. Der Gene-Drive wird sich weiterhin ausbreiten, da sich die männlichen Mücken weiterhin paaren und Nachkommen zeugen. Es ist erwähnenswert, dass nicht alle Stechmückenarten Malaria übertragen können, und nicht alle malariagefährdeten Arten können Malariaarten übertragen, die Menschen befallen. Eine besonders gefährliche Stechmückenart ist Anopheles gambiae, die den gefährlichsten Malariaparasiten, Plasmodium falciparum, übertragen kann. Wenn wir Anopheles gambiae einfach loswerden könnten, wäre das ein großartiger Beitrag zur Reduzierung von Malaria. Aber die Ausrottung einer ganzen Art ist gefährlich, denn sie könnte eine wichtige Rolle im Ökosystem spielen. Darüber gibt es eine laufende Debatte. Malaria übertragende Arten könnten vielleicht durch andere Mücken ersetzt werden. Es besteht jedoch die Gefahr, dass andere krankheitsübertragende Arten die Oberhand gewinnen (2).
Es gibt auch eine andere Technik zur Bekämpfung von Malaria mit Hilfe von Gene-Drives. Durch Gen-Editierungs-Techniken ist es Wissenschaftlern gelungen, Moskitos malariaresistent zu machen. Diese Stechmücken gehören immer noch zu denselben Arten, die Malaria übertragen können. Jetzt müssen wir nur noch dafür sorgen, dass die malariaresistenten Stechmücken ihre Gene auf die gesamte Population übertragen. So etwas könnte auch mit Hilfe von Gene-Drives erreicht werden und wird als Populationsaustausch bezeichnet. Das Bild unten zeigt, wie dies aussehen würde. Die veränderten grünen Mücken auf dem Bild übernehmen innerhalb weniger Generationen die Population.
Fazit
Lassen Sie uns rekapitulieren, um zu sehen, was wir in diesem Beitrag gelernt haben. Zunächst haben wir das Konzept von Gene-Drives kennengelernt. Dabei kann unter anderen CRISPR/Cas9 eingesetzt werden, um Gene auszuschneiden und einzufügen. Auf diese Weise wird ein Organismus mit einem veränderten Gen in jedem Chromosom ausgestattet, was dazu führt, dass das Gen an alle Nachkommen weitergegeben wird. Gene-Drives können z. B. zur Bekämpfung von Malaria eingesetzt werden. Malaria wird durch ein Virus verursacht, das von Stechmücken auf den Menschen übertragen wird, und an dem jedes Jahr etwa 900.000 Menschen sterben. Wir haben auch gesehen, dass es eigentlich zwei Möglichkeiten gibt, Malaria mit Gene Drives zu bekämpfen. Eine Möglichkeit ist die Unterdrückung der Population, d. h. die Ausrottung oder erhebliche Verringerung der Population einer Art. Die andere Möglichkeit ist der Populationsersatz, bei dem eine ganze Art verändert wird. Abschließend haben wir alles über die Malariabekämpfung mit Gene Drives untersucht.
Falls wir uns entscheiden, diese mächtige neue Technik namens Gene-Drive einzusetzen, geht hoffentlich nichts schief. Im besten Fall könnten wir in naher Zukunft das letzte Opfer betrauern, das an Malaria gestorben ist.
Wir hoffen, dass Sie diesen Artikel interessant fanden, und danken Ihnen fürs Lesen! Bleiben Sie gespannt auf zukünftige Artikel!
Quellen
- Jennifer Kahn, 2016, “Gene editing can now change an entire species — forever | Jennifer Kahn”
- Hayley Dunning, 2021, “Malarial mosquitoes suppressed in experiments that mimic natural environments”
