Gene Drive - demnächst auch für Mäuse?
Forscher diskutieren neue Ziele für einen tiefgreifenden Eingriff in die Natur
Ein Gene Drive kann das Erbgut freilebender Tiere verändern. Nun werden erstmals Szenarien für Säugetiere entwickelt: Abgelegene Inseln sollen von Mäusen befreit werden, um gefährdete Seevögel zu schützen. Und eine Simulation deutet an, dass Gene Drives auch die Zucht von Nutzvieh unterstützen könnten.
Bislang ging es vor allem um Malaria: Ein Gene Drive, der innerhalb weniger Generationen das Erbgut ganzer Populationen verändert, soll Mücken ausrotten und die Verbreitung der Malaria-Erreger verhindern. Doch je intensiver sich Forscher mit der Idee des Gene Drive beschäftigen, umso mehr neue Anwendungen und Ziele bringen sie ins Spiel. Insekten und Infektionskrankheiten lassen sie dabei weit hinter sich.
Nun rücken auch Säugetiere in den Fokus. Im Januar veröffentlichten schottische Forscher die Ergebnisse einer Computer-Simulation, die den Einsatz eines Gene Drive bei der Zucht von Nutztieren durchspielt. Und Anfang Februar berichtete das MIT Technology Review über zwei Forschergruppen, die mit Mäusen experimentieren: Gene Drives sollen wildlebende Populationen in den Zusammenbruch treiben.
Nur noch männliche Nachkommen
Ausgerechnet der Naturschutz soll davon profitieren. Auf vielen abgelegenen Inseln zerstören eingeschleppte Nagetiere die Gelege von seltenen Seevögeln. Ratten stellen das größte Problem dar, aber auch Mäuse richten großen Schaden an. Selbst Küken von Albatrossen - an Körpergröße den Mäusen weit überlegen - sind deren Angriffen fast wehrlos ausgeliefert.
Die Mäuse könnten innerhalb weniger Generationen gestoppt werden, wenn Forscher die Position eines einzelnen Gens im Erbgut verändern. Dieses Gen mit Namen SRY (sex determining region of Y) sitzt auf dem Y-Chromosom und ist maßgeblich daran beteiligt, dass Mäuse und andere Säugetiere männliche Geschlechtsorgane ausbilden. Das Verschieben von SRY auf ein anderes Chromosom hätte tiefgreifende Folgen: Alle Tiere entwickelten sich zu Männchen, selbst wenn sie einen weiblichen Chromosomensatz aufweisen. Der fortschreitende Verlust der weiblichen Tiere würde die Population bald zum Aussterben verurteilen.
Gene Drives sollen dafür sorgen, dass sich die Manipulation von SRY in der Population durchsetzen kann. Zwei Forschergruppen verfolgen hierbei unterschiedliche Ansätze. Der Australier Paul Thomas und seine Kollegen von der Universität Adelaide verlassen sich auf die Genschere CRISPR - ein Ansatz, der in ähnlicher Form bereits in Mücken und Fruchtfliegen getestet wird. Die Zucht der Tiere soll demnächst beginnen.
Forscher um David Threadgill von der Texas A&M Universität vertrauen hingegen auf eine natürlich vorkommende Variante im Genom der Maus, die sich über die normalen Regeln der Vererbung hinwegsetzt. Dieser sogenannte t-Komplex sitzt auf dem Chromosom 17 und beeinflusst bei männlichen Tieren unter anderem die Wanderungsgeschwindigkeit der Spermien. Die Folge: Mindestens 90 %, meist aber bis zu 99 % der Nachkommen erben den t-Komplex von ihrem Vater. Wird das Gen SRY in den t-Komplex integriert, könnte es sich als Trittbrettfahrer rasch in der Population ausbreiten. Die ersten "töchterlosen" Tiere sind wohl bereits geboren.
Gene Drive für den Naturschutz
Ein passender Partner für Tests in der freien Natur ist bereits gefunden. Die umstrittene Naturschutzorganisation Island Conservation mit Sitz in Kalifornien hat es sich zum Ziel gesetzt, entlegene Inseln von eingeschleppten Nagetieren zu befreien. Nach eigenen Angaben war sie bereits auf 52 Inseln erfolgreich, wenn auch mit radikalen Methoden - dem großflächigen Einsatz von Gift. Sobald die Inseln eine gewisse Größe überschreiten, führt Gift alleine aber nicht mehr zum Ziel. Ein Gene Drive ist eine mögliche Alternative, und Island Conservation würde sie anscheinend lieber heute als morgen testen.
Dabei bleiben noch viele Fragen offen. Kann ein Gene Drive außerhalb des Labors erfolgreich sein? Schon bei Mücken bestehen große Zweifel (Genom-Editierung mit Hindernissen), da die Bedingungen in freier Wildbahn um ein Vielfaches komplexer sind. Und falls ein Gene Drive erfolgreich ist - wie verhindern Forscher, dass er sich über die ganze Welt verbreitet (Bioerror, kein Bioterror)? Und der wohl wichtigste Punkt: Dürfen Menschen so tief in die Natur eingreifen, auch wenn sie damit die Natur schützen wollen?
Die Brisanz dieser Fragen ist auch den Wissenschaftlern bewusst. Sie entschlossen sich daher zu dem ungewöhnlichen Schritt, die Öffentlichkeit bereits in einer sehr frühen Phase mit ihren Projekten vertraut zu machen. Und dies nicht auf einem Kongress für Spezialisten oder in einem elitären Fachjournal, sondern bewusst im populären MIT Technology Review. Mit dem expliziten Ziel, möglichst große Transparenz zu erzeugen und die Öffentlichkeit von Beginn an in die Diskussion einzuschließen.
Gedankenspiel für Nutzvieh
Noch weiter entfernt von einer Verwirklichung - dafür aber näher an unserem Alltag - ist ein Gedankenspiel, das schottische Forscher kürzlich veröffentlicht haben. John Hickey und seine Kollegen arbeiten am angesehenen Roslin-Institut in Edinburgh, in dessen Laboren auch das Klonschafs Dolly entstand. Die Beschäftigung mit Gene Drives bleibt bislang aber virtuell: Eine Simulation sollte überprüfen, ob ein Gene Drive auch bei der Zucht von Schafen, Rindern und Schweinen hilfreich sein könnte.
Neue Merkmale werden bei Nutztieren zunehmend durch gezielte Veränderungen im Erbgut erzeugt. Dieser Eingriff ist jedoch so aufwändig und teuer, dass meist nur einzelne Tiere genetisch manipuliert werden. Über eine langwierige Zucht wird die Genmodifikation dann in der Population verbreitet. Die schottischen Forscher vermuteten, dass ein Gene Drive hierbei den herkömmlichen Zuchtprogrammen überlegen ist. Und die Simulation gab ihnen recht: Ein Gene Drive macht die Zucht effizienter und verringert das Ausmaß an unerwünschter Inzucht.
Auch wenn dies nur Gedankenspiele sind: Das Interesse des renommierten Roslin-Instituts zeigt deutlich, dass der Gene Drive langsam in der Wissenschaft Fuß fasst. Auch die Forscher, die an der Manipulation der Mäuse arbeiten, hatten sich zuvor mit ganz anderen Themen befasst. Mit dem Zustrom neuer Köpfe und Ideen wird auch das Feld eine neue Dynamik entfalten.
Zudem schlägt die Entwicklung eine bemerkenswerte Richtung ein: Von Mücken und Malaria über abgelegene Inseln bis hin zu den Rindern auf unseren Weiden. Der Gene Drive rückt damit unserem Alltag immer näher. Bereits im Jahr 2014 forderten Wissenschaftler, dass die Zeit für eine öffentliche Diskussion reif sei. Viel länger sollten wir nun nicht mehr warten.