Wissenschaftler haben genetische Waffen entwickelt, mit denen ganze Arten von Organismen vom Erdboden vernichtet werden können. Es geht um die Gen-Drive-Technologie, mit der sich schädliche Mutationen in Tierpopulationen ausbreiten können. Trotz Protesten von Umweltorganisationen kann dieser Ansatz den Menschen durch die Beseitigung gefährlicher Krankheiten sehr zugute kommen. "Lenta.ru" spricht darüber, wie Wissenschaftler Malaria mit modifizierten Mücken bekämpfen werden.
DNA-Saboteure
Malaria ist eine Gruppe von Infektionskrankheiten, die durch parasitäre einzellige Organismen der Gattung Plasmodium verursacht werden. Sie gelangen in menschliches Blut, wenn sie von weiblichen Anopheles-Mücken gebissen werden, die auch als Malariamücken bekannt sind. Diese Insekten sind auf der ganzen Welt verbreitet, mit Ausnahme der Antarktis, des hohen Nordens und Ostsibiriens. Vor allem Malaria ist in Afrika krank und vor allem Kinder. Malaria tötet jedes Jahr fast eine halbe Million Menschen, wobei die meisten Opfer Kinder unter fünf Jahren sind.
Wissenschaftler haben mehrere Jahre lang darüber nachgedacht, wie gentechnisch verändert, um Malaria zu bekämpfen. Eine Möglichkeit besteht darin, Gene in Mücken einzuführen, die verhindern, dass sich Plasmodium in ihnen niederlässt. Aber es gibt ein Problem. Nehmen wir an, wir schaffen mehrere tausend sichere Malariamücken und geben sie an die Umwelt ab. Wie kann die Verbreitung des gewünschten Gens in freier Wildbahn sichergestellt werden?
Gentechnisch veränderte Mücken haben zwei Kopien des Antimalaria-Gens (eine auf jedem Chromosom). Nur eines der Chromosomen (über das man entscheidet) wird von den Nachkommen geerbt. Wenn sich eine veränderte Mücke und ein wildes Individuum ohne das gewünschte Gen paaren, wird daher nur eine Kopie des Gens an die Nachkommen weitergegeben. Und nur etwa die Hälfte der nächsten Mückengeneration wird diese Kopie erhalten (da das mutierte Chromosom zu 50 Prozent vererbt wird). Infolgedessen verschwinden Antimalaria-Gene allmählich aus der Bevölkerung - eine natürliche Selektion wird sie wahrscheinlich nicht unterstützen.
Eine als Gen-Drive bekannte Technik kann verwendet werden, um die Elimination (Elimination) eines Gens aus der Wildpopulation zu verhindern. Es besteht darin, das benötigte Gen irgendwie von einem Chromosom auf ein anderes zu kopieren. Dann erwirbt ein Organismus, der nur eine Kopie des Gens hatte, zwei Kopien und gibt es mit einer Wahrscheinlichkeit von 100% an seine Nachkommen weiter. Wie es gemacht wird?
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Eine Möglichkeit besteht darin, Restriktionsendonukleasen zu verwenden, Enzyme, die an einer bestimmten Stelle einen Schnitt in einen Doppel-DNA-Strang machen. Wenn Sie das Chromosom brechen, beginnt der Prozess seiner Wiederherstellung. Währenddessen wird ein intakter Abschnitt des benachbarten Chromosoms in die Schnittkette kopiert. Endonukleasen machen jedoch einen Schnitt, wenn sie eine bestimmte Kombination von Nukleotiden "erkennen". Es kann viele solcher Kombinationen auf einem Chromosom geben, daher laufen wir Gefahr, das Chromosom in viele Stücke zu schneiden. Dies und andere Faktoren erschweren die Verwendung von Restriktionsendonukleasen für den Genantrieb.
Die CRISPR / Cas9-Technologie kann diese Enzyme ersetzen, wodurch wir genau an der Stelle, an der wir sie benötigen, einen Einschnitt vornehmen können. Die Cas9-Nuklease macht einen Bruch im Doppelstrang der DNA an der Stelle (Zielstelle), die durch den RNA-Leitfaden oder die sg-RNA "angezeigt" wird. Es ist ein so kurzes Nukleinsäuremolekül, das zur Zielstelle komplementär ist. Daher kann durch die Synthese eines ausreichend langen RNA-Leitfadens die Wahrscheinlichkeit eines Schneidens an der falschen Stelle minimiert werden.
Im Jahr 2015 haben Wissenschaftler am Imperial College London mit CRISPR / Cas9 einen Gen-Antrieb entwickelt, der die Ausbreitung einer Mutation fördert, die bei Malariamücken Unfruchtbarkeit verursacht. Frauen mit einem mutierten Gen auf beiden Chromosomen sind steril und Männer können es in der Bevölkerung verbreiten. Auf diese Weise ist es nicht nur möglich, die Population von Anopheles auf ein Niveau zu reduzieren, bei dem eine Infektion mit Plasmodium malaria selten wird, sondern auch die Entwicklung einer Resistenz gegen Pestizide zu bekämpfen und invasive Arten zu zerstören.
Genapokalypse
Es gibt jedoch Bedenken, dass die unkontrollierte Verbreitung des Gens unbeabsichtigte Folgen für wild lebende Tiere haben könnte. Laut dem Evolutionsökologen James Collins von der Arizona State University ist in einem Interview mit Science nicht bekannt, wie sich der Genantrieb auf die Populationsdynamik und die Gesundheit des Ökosystems auswirkt. Beispielsweise führt die vollständige Zerstörung einer Art oder sogar ein starker Rückgang der Anzahl zur Ausbreitung anderer Arten. Daher sollten modifizierte Mücken nicht ohne Berücksichtigung aller Risiken in die Wildnis freigesetzt werden. Wie können Sie jedoch einen Genantrieb testen, wenn für den Test selbst Insekten in freier Wildbahn sein müssen?
James Collins
Wissenschaftler nennen dieses Problem Catch-22, weil seine Lösung sich selbst widerspricht. Biologen der Harvard University und des Massachusetts Institute of Technology haben jedoch herausgefunden, wie sichergestellt werden kann, dass ein Genantrieb zuerst die Ausbreitung eines mutierten Gens fördern kann und nach einigen Generationen zu dessen Verschwinden führt.
Der Punkt ist, dass das Kopieren des erforderlichen DNA-Stücks von einem Chromosom auf ein anderes in Schritten erfolgt. Der Genantrieb wird von drei Elementen angetrieben, von denen jedes aus einem oder mehreren Genen besteht. Element A wird kopiert und in Gegenwart von Element B in das homologe Chromosom und Element B in Gegenwart von Element C eingefügt. Element C selbst wird durch normale Vererbung in der Population verteilt und nur an die Hälfte der Nachkommen weitergegeben.
Die Paarung gentechnisch veränderter Insekten mit wilden Mücken führt dazu, dass alle Nachkommen die Elemente A und B tragen, aber nur das halbe Element C. Infolgedessen breiten sich A und B nach den Erbgesetzen zunächst schnell und nach einer bestimmten Menge in der Bevölkerung aus Generationen wird Element C praktisch verschwinden, gefolgt von Element B und schließlich A. Die Ausbreitung des mutierten Gens hängt davon ab, wie viele Insekten in die natürliche Umwelt freigesetzt werden. Sie können sicherstellen, dass fast alle in einem bestimmten Gebiet lebenden Personen Träger der Mutation sind, aber in einer größeren Population können sich die Gene nicht verbreiten. Wenn die Versuche erfolgreich sind, wird sich die Frage nach der Anwendung der Technologie stellen, bei der eine eindeutige Gefahr für die menschliche Gesundheit durch Malariamücken besteht.
Alles ist entschieden
Einige gemeinnützige Organisationen, wie Friends of the Earth und der Council for Responsible Genetics, haben sich gegen den Gen-Drive ausgesprochen und ihn als Gen-Extinction-Technologie bezeichnet. Sie schlugen vor, ein Moratorium einzuführen. Im Dezember 2016 genehmigten die Vertragsparteien des UN-Übereinkommens über die biologische Vielfalt jedoch die Verwendung des Genantriebs und forderten in Feldversuchen Vorsicht.
Foto: Public Domain / Wikimedia
In einigen Ländern wurde die Technologie bereits getestet. Die Ergebnisse von fünf Feldversuchen, die von 2011 bis 2014 in Panama, auf den Kaimaninseln und im nordöstlichen brasilianischen Bundesstaat Bahia durchgeführt wurden, zeigten, dass die Zahl der wilden Mücken um 90 Prozent gesunken war. Jetzt wird Brasilien Millionen gentechnisch veränderter Insekten freisetzen, um Zika, Dengue-Fieber, Gelbfieber und Chikungunya zu bekämpfen.
Die Möglichkeit der Beeinflussung natürlicher Ökosysteme durch Gentechnik wurde nachgewiesen. Ist es jedoch möglich, das menschliche Genom direkt zu modifizieren, um Erbkrankheiten loszuwerden? Oder Menschen gegen Plasmodium Malaria immun machen?
Im Februar 2017 veröffentlichten die US-amerikanischen Akademien der Wissenschaften und der Medizin einen Bericht, in dem Experten zuließen, dass die DNA von Menschen geändert wird, um Mutationen zu bekämpfen, die schwerwiegende Störungen im Körper verursachen. In der Tat bedeutet dies, defekte Gene in menschlichen Embryonen zu korrigieren. Dies hilft bei der Behandlung von Krankheiten wie Huntington-Chorea oder tödlicher familiärer Schlaflosigkeit. Die Verwendung von Gen-Drive-Technologien wird jedoch auf Populationen von Wildtieren beschränkt sein, da ihre Verwendung beim Menschen nicht nur aus ethischer Sicht fraglich, sondern auch unpraktisch ist: Das Gen wird sich zu langsam verbreiten.
Alexander Enikeev
