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Medizin

Gene Drive: Erste Versuche bei Säugetieren

Montag, 17. September 2018

Mithilfe eines Gene Drives sollte sich die weiße Fellfarbe bei Mäusen nach einigen Generationen bei allen Nachkommen durchsetzten. Bisher funktioniert es aber noch nicht bei allen Nachkommen. /jonnysek stock.adobe.com

San Diego – Die umstrittene Gene-Drive-Technologie, die das Genom ganzer Arten über wenige Generationen verändern kann, wurde erstmals bei Säugetieren angewandt. Über den Fortschritt berichteten unter anderem Nature und Science und beziehen sich dabei auf einen Artikel, der im Juli auf bioRxiv (Preprint, ohne Peer Review) publik gemacht wurde. Im Gegensatz zu anderen Organismen, wie etwa Anopheles-Mücken, konnte bei den Mäusen vorerst nur eine Generation genetisch verändert werden.

Bei Organismen mit Gene Drive wird ein bestimmtes gentechnisch verändertes Allel weit häufiger an die Nachkommen vererbt, als es die Vererbungsregeln zulassen würden. Anders als bei üblichen Genome Editing-Techniken mit CRISPR/Cas hinterlässt der Gene Drive immer eine nachweisbare Spur im Genom des Organismus. Denn die gewünschte Zielsequenz wird zusammen mit der Genschere Cas9 und der guideRNA ins Genom eingebaut.

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Sie sorgen dafür, dass aus zunächst heterozygoten Nachkommen, Homozygote werden: Cas9 wird im frühen Entwicklungsstadium exprimiert, kopiert die genetisch veränderte Zielsequenz und fügt sie auf dem homologen Chromosom ein. Statt einer Chance von 50 % steigt das Vererbung so im optimalen Fall auf bis zu 100 %.

/youtube, poptech

Der Gene-Drive konnte bereits in Hefezellen, Drosophila und Mückenarten im Labor erfolgreich über mehrere Generationen angewandt werden. Ziel ist es, die Organismen so zu verändern, dass sie beispielsweise keine Krankheitserreger wie Malaria oder Borreliose mehr übertragen können. Im Deutschen Ärzteblatt wurde über das Potenzial der neuen Technik berichtet.

Gene Drive: Das Ende der Vererbungsregeln

Der Gene Drive könnte ganze Tierarten im Turbo verändern, sodass sie beispielsweise keine Krankheiten mehr übertragen. Die Auswirkungen für das Ökosystem sind noch nicht absehbar. Schon lange träumen Wissenschaftler davon, genetische Merkmale innerhalb weniger Generationen in einer bestimmten Art zu verbreiten. Mit der Entdeckung der CRISPR-Technologie könnte der Traum eines „Vererbungsturbos“

Im aktuellen Versuch wollten die Forscher den CRISPR/Cas9-Gene Drive anwenden, um komplexe genetische Kreuzungen in Labormäusen zu vereinfachen. Die Ergebnisse könnten aber auch relevant werden, um invasive Nagetierpopulationen zu bekämpfen, sagen die Autoren der University of California.

Um das Prinzip des Gene Drive in Säugertieren zu verdeutlichen, versuchten sie die Vererbung weißer Fellfarbe bei Mäusen zu beschleunigen. Es gelang jedoch nur in weiblichen Mäusen mit dem Gene Drive die üblichen Vererbungsregeln außer Kraft zu setzen. Schätzungen zufolge könnten 73 % statt 50 % der Weibchen die weiße Fellfarbe erben, berichtet Nature. Die Autorin Kimberly Cooper wollte die Ergebnisse allerdings nicht kommentieren, solange sie noch nicht peer-reviewed publiziert wurden.

Eingeschränkter Gene Drive

Die Science-Zusammenfassung erklärt das Resultat wie folgt: Das Experiment funktionierte eventuell nur bei weiblichen Mäusen, weil Spermatogonien eine normale mitotische Zellteilung vor der Meiose durchmachen, was die Homologie-gesteuerte Reparatur verhindert.

Es ist den Forschern nicht gelungen, die Vererbung über mehrere Generationen hinweg zu beeinflussen. Kevin Esvelt, Massachusetts Institute of Technology 

Im Gegensatz dazu ist Kevin Esvelt vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) überzeugt, dass in der Studie kein richtiger Gene Drive verwendet wurde: „Es ist den Forschern nicht gelungen, die Vererbung über mehrere Generationen hinweg zu beeinflussen“, sagt er auf Anfrage des Deutschen Ärzteblatts. „Sie nutzen in ihren Experimenten eine Cre-Rekombinase, um CRISPR einmalig zum passenden Zeitpunkt zu expremieren. So konnte nur eine Generation genetisch verändert werden.“

Gene Drive benötigt Sicherheitsschalter

Esvelt, einer der Entdecker des Gene Drive, äußert Bedenken gegenüber einem Gene Drive, der keine Sicherheitsschalter beinhaltet. Zusammen mit den Maori von Aotearoa/Neuseeland forscht er daher bei Mäusen an einer selbstlimitierenden Form des Gene Drive, dem Daisy Drive. Die Ergebnisse wurden noch nicht publiziert. Dabei werden die 3 Elemente – Wunschsequenz und Werkzeug (Cas9 und guideRNA)  nicht in einem Stück in das Genom eingebaut, sondern an verschiedenen Stellen. Nach einer Reihe von Generationen geht eines der Elemente verloren, so dass wieder Organismen ohne das Wunschallel auftauchen (Video oben ab Minute 3:50).

In einem weiteren Projekt von Esvelt „Mice against ticks“ geht es um die in Massachusetts weit verbreitete Lyme-Borreliose. Der Erreger wird von Zecken übertragen, die sich bei Mäusen anstecken. In öffentlichen Veranstaltung (You Tube Video) informierten Esvelt und andere Experten die Bevölkerung und diskutieren über mögliche Einsatzmöglichkeiten eines lokalen, selbstlimitierenden Gene Drive.

Gene Drive-Freisetzungsversuche gab es vermutlich noch nicht

Während in Massachusetts noch Vor- und Nachteile im Diskurs mit der Bevölkerung gegeneinander abgewogen werden, könnten andernorts weiterführende Schritte angestoßen werden. Vereinzelte Medienberichte, die sich auf eine Pressemitteilung eine kanadischen Umweltorganisation berufen, warnen davor, dass die brasilianische Biosicherheitskommission CTNBio, den Gene Drive auch für die freie Wildbahn mit einer Resolution vom Januar 2018 legalisieren wolle. Auch eine Publikation brasilianischer Forscher in BMC Proceedings gibt an, dass Gene Drive-Mücken potentiell in die Umwelt entlassen werden könnten.

In Brasilien gab es bereits Freisetzungsversuche mit Gentechnik-Mücken, diese tragen aber noch keinen Gene Drive in sich. Christoph Then, Geschäftsführer von testbiotech

Auf internationaler Ebene diskutieren Experten derweil im Rahmen der UN Biodiversitätskonvention CBD noch weiter über die Regulierung des Gene Drive. Wie ein nicht limitierter Gene Drive das Ökosystem beeinflussen würde, ist noch nicht bekannt. Nach Esvelts Kenntnis wurde bisher kein Gene Drive in die Umwelt entlassen. Zumindest hat bisher kein Land darüber informiert. „In Brasilien gab es bereits Freisetzungsversuche mit Gentechnik-Mücken, diese tragen aber noch keinen Gene Drive in sich“, ergänzt der Veterinärmediziner Christoph Then, Geschäftsführer von testbiotech.

Auch in Burkina Faso sollen jetzt genetisch veränderte Mücken freigesetzt werden, die 90 % männliche Nachkommen zeugen, berichtet der Telegraph. So soll die Mücken­population dramatisch reduziert und die Malariainzidenz reduziert werden, da es die weiblichen Mücken sind, die die Krankheit übertragen. Das Experiment ist der erste Schritt in einem dreistufigen Programm zur Entwicklung einer Gen Drive-Mücke – ein Projekt, das die Bill and Melinda Gates Foundation mit 70 Millionen Dollar unterstützt. © gie/aerzteblatt.de

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