Jedes Jahr Mehr als 600.000 Menschen sterben an durch Mücken übertragener Malaria, die meisten von ihnen Kinder unter fünf Jahren. Einige Insekten, die Krankheitsüberträger sind, wie Mücken, erweitern derzeit ihr Verbreitungsgebiet auf der ganzen Welt und bringen neue Bedrohungen mit sich. Die Gentechnik kann dies beheben, indem sie Insektengene durch eine sogenannte a dauerhaft verändert Genantrieb.
Diese Technologie ermöglicht es einem ausgewählten Satz von Genen, die Biologie eines Tieres in irgendeiner Weise zu verändern, z. B. um es dazu zu bringen, sterile Nachkommen zu produzieren. Die Unfähigkeit, sich fortzupflanzen, fegt dann durch eine Bevölkerung und stellt die Gesetze der Vererbung auf den Kopf. Die Gene kopieren sich exponentiell von Generation zu Generation und dominieren schnell die gesamte Bevölkerung. Potenziell könnte ihre sorgfältige Verwendung Millionen von Leben retten, indem sie sie herstellt Mücken können Malaria nicht übertragen oder indem die Insekten vollständig eliminiert werden. Die Möglichkeit einer endgültigen Lösung für große Infektionskrankheiten ist ein überzeugendes Argument für eine solche technische Lösung.
Trotzdem muss man kein Maschinenstürmer oder Technothriller-Autor sein, um sich vorzustellen, wie das alles schrecklich schief gehen könnte. Die Ökologie ist kompliziert und empfindliche Ökosystemgleichgewichte könnten tiefgreifend gestört werden. Schlecht konstruierte Gene Drives könnten sogar auf nahe verwandte Tiere überspringen, die beispielsweise keine Krankheit übertragen, und so eine katastrophale Kaskade erzeugen.
Austin Burt vom Imperial College London hat sich 2003 Gene Drives ausgedacht. Er stellte sich ein System vor, in dem ein Gen ein DNA-schneidendes Enzym (eine Endonuklease) produziert, das genau auf die chromosomale Position des Gens abzielt, das es kodiert. Solche Systeme finden sich natürlicherweise in Pilzen, aber nicht in Tieren.
Wenn ein Individuum, das zwei Kopien eines solchen Gens trägt, sich mit einem anderen paart, das keines hat, haben alle Nachkommen zunächst nur eine Kopie des Gens auf dem Chromosom, das vom Gene-Drive-Elternteil geerbt wurde. Aber kurz nach der Befruchtung schneidet die Nuklease die DNA-Sequenz auf dem anderen Chromosom des Elternteils, der das Gen nicht trug, genau an der Stelle des Gene Drive. Die Zelle verwendet dann das intakte Chromosom, um die Lücke in der DNA-Sequenz des anderen Chromosoms zu rekonstruieren.
Wo es nur eine Kopie des Gens gab, gibt es jetzt zwei in jedem Nachkommen. Dasselbe wird in der nächsten und übernächsten Generation passieren; die Häufigkeit des Gens in der Bevölkerung wird exponentiell zunehmen.
Burt erkannte dann, dass es theoretisch möglich wäre, dieses Merkmal in die Population zu treiben, indem man eines dieser Endonuklease-Gene an ein Gen koppelt, das Sterilität auslöst oder eine Mücke gegen den Malariaparasiten immun macht, wodurch Mücken vollständig abgetötet oder sie nicht mehr Malaria werden Vektoren. Ein Erfolg hätte massive Folgen für die menschliche Gesundheit. Die Herausforderung bestand jedoch darin, das Endonuklease-Gen und die damit verbundene genetische Nutzlast an einer Stelle im Genom einzuführen, an der es sicher funktionieren würde, ohne versehentlich andere Aspekte der Physiologie des Tieres zu beeinträchtigen.
Nach dem Aufkommen der CRISPR-basierten Genbearbeitung im Jahr 2013 wurde dieser Traum Wirklichkeit. Und 2015 haben Forscher der University of California, San Diego, erstellte einen laborbasierten Gene Drive in den harmlosen Essigfliegen Drosophila das ließ einfach alle Augen der Fliegen gelb werden. Sie sagten, sie hätten „eine mutagene Kettenreaktion“ aufgebaut. Mit anderen Worten, sie hatten etwas gebaut, das man als „genetische Atombombe“ bezeichnen könnte. Wenn eines dieser Dinger in die Wildnis entlassen würde, gäbe es keine Möglichkeit, es aufzuhalten.
Forscher auf der ganzen Welt entwickelten bald Gene Drives in Mücken. Im Labor verschwanden große Mückenpopulationen dank des Gene Drive in weniger als einem Jahr. Zumindest bei Insekten gibt es kein technisches Hindernis für die Freisetzung einer solchen genetischen Bombe. Bei der Erzeugung von Gene Drives in Säugetieren bestehen nach wie vor immense Probleme (im Moment gibt es keine) aufgrund der Art und Weise, wie ihre Zellen auf DNA-Brüche an verschiedenen Stellen im Leben einer Zelle reagieren. Ein natürlich vorkommendes genetisches Element, das etwas vom Verhalten eines Gene Drive zeigt, wurde kürzlich bei Mäusen genutzt, aber es ist immer noch nicht bewiesen, dass es die DNA einer ganzen Bevölkerung verändert. Aufgrund dieser technischen Schwierigkeiten kann es unmöglich sein, diese Technologie zu verwenden, um beispielsweise invasive Nagetiere auszurotten.
Als Reaktion auf die potenzielle ökologische Bedrohung durch Gene Drives haben die US National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine ein Komitee eingerichtet, um die Frage zu untersuchen, mit Unterstützung der wichtigsten Agentur, die die Gene Drive-Forschung finanziert, der Defense Advanced Research Projects Agency ( DARPA). Diese Behörde, Teil des Verteidigungsministeriums, interessiert sich intensiv für das Potenzial der Technologie als Sicherheitsbedrohung. Nach einer Überprüfung sowohl der möglichen Vorteile als auch der immensen Ungewissheit darüber, was passieren könnte, wenn sich ein Gene Drive in freier Wildbahn ausbreiten würde, war die Schlussfolgerung des Berichts des Ausschusses von 2016 eindeutig: „Derzeit liegen nicht genügend Beweise vor, um die Freisetzung zu unterstützen von genetisch veränderten Organismen in die Umwelt.“
Diese Aussage zerstreute nicht alle Bedenken. Der Gene-Drive-Pionier Kevin Esvelt vom Massachusetts Institute of Technology sagte voraus, dass es bis 2030 ein Leck im Labor oder einen anderen Vorfall im Zusammenhang mit Gene Drives geben würde. „Es wird kein Bioterror sein, es wird Bioerror sein“, sagte er sagte im Jahr 2016. Er hat argumentiert, dass regulatorische Sicherheitsvorkehrungen und die Beteiligung der Öffentlichkeit von Anfang an eingebaut werden müssten, wenn man über den Einsatz der Technologie nachdenkt.
Die unmittelbare Frage für Bioethiker und Regulierungsbehörden ist, ob Gene Drives jemals aus dem Labor entlassen werden sollten. Der wichtigste internationale Rahmen in Bezug auf Gene Drives ist das Übereinkommen der Vereinten Nationen über die biologische Vielfalt. Von allen UN-Mitgliedsstaaten haben nur die USA die Konvention nicht unterzeichnet und werden dies wahrscheinlich auch nicht tun. Forscher der Stanford University, darunter Francis Fukuyama, haben die Schaffung einer Regulierungsbehörde für Gene Drives nach dem Vorbild einer standardsetzenden Organisation wie der Internationalen Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) gefordert. Aber die ICAO wurde 1947 gegründet, als die Länder Lust auf internationale Regulierung hatten. Die Regulierung von Gene Drives wird weltweit und insbesondere in den USA einen tiefgreifenden politischen Wandel erfordern
Gene-Drive-Gegner, besorgt über mögliche ökologische Schäden und misstrauisch gegenüber DARPA und anderen Geldgebern, haben ein Moratorium für die Forschung gefordert. Die Forschung geht dennoch weiter, aber es besteht allgemein Einigkeit darüber, dass Umweltrisikobewertungen und die aktive Beteiligung der betroffenen Gemeinden erforderlich sind, bevor eine Freisetzung in Betracht gezogen werden kann. Aufgrund der möglichen Folgen für ihre Umwelt müssen die Menschen eine so genannte freie, vorherige und informierte Zustimmung geben.
Es werden aktive Anstrengungen unternommen, um zu testen, was passieren könnte, wenn Gene Drives in die Wildnis zugelassen werden. Im Jahr 2021 haben Forscher des Imperial College London, die von Target Malaria finanziert werden, einem gemeinnützigen Forschungskonsortium, das seinerseits von der Bill & Melinda Gates Foundation finanziert wird, identifizierten acht große ökologische Auswirkungen von Gene Drives, die sich über 46 Signalwege manifestieren könnten. Zu den potenziellen Problemen, die sie untersuchten, gehörte die Möglichkeit, dass sich der Gene Drive auf wertvolle Nichtzielarten ausbreiten könnte, was zu einem Rückgang ihrer Dichte oder der Gesundheit von Ökosystemleistungen führen könnte, zu denen sie beitragen. Es besteht auch das Risiko, dass der Gene Drive unerwartete genetische Veränderungen an der Zielart hervorrufen könnte, z. B. indem er sie in die Lage versetzt, ein breiteres Spektrum an Umweltbedingungen zu tolerieren, was zur Ausbreitung des krankheitsübertragenden Insekts führt, anstatt es zu eliminieren. Jede Möglichkeit müsste vor Ort getestet werden, bevor eine Entscheidung über den Einsatz der genetisch veränderten Insekten getroffen werden könnte, selbst mit Unterstützung der lokalen Gemeinschaft.
Es hat sich als ziemlich schwierig erwiesen, die Zustimmung der Gemeinschaft zu erhalten. Mit Zustimmung der Regierung von Burkina Faso setzte Target Malaria im Juli 2019 nicht-Gen-Drive-Mücken frei, die sterilisiert und mit fluoreszierendem Pulver bestäubt worden waren, um zu sehen, wie weit sie reisten und damit das potenzielle Risiko einer Ausbreitung von Gene-Drive-Mücken außerhalb des Ortes . Die Landessprache kennt kein Wort für „Gen“, also mussten die Forscher Begriffe erfinden. Sie nutzten auch Theater, um das Projekt zu erklären, um sicherzustellen, dass Analphabetismus kein Hindernis für das Verständnis und die Entscheidungsfindung darstellt.
Dennoch hinterließ die Wissenslücke bei einigen Dorfbewohnern das Gefühl der Ohnmacht. „Sie sagen uns, dass sie Malaria ausrotten werden, aber weil wir keine Wissenschaftler sind, glauben wir ihnen, aber wir haben immer noch Fragen zu zukünftigen Risiken“, sagte ein Landwirt erzählte Le Monde im Jahr 2019. Und wie eine Frau in einer anderen zitiert wurde Le Monde Artikel 2018„Wir werden sowieso nichts zu sagen haben, hier treffen die Männer alle Entscheidungen.“
Dabei ist es wichtig, den lokalen Gemeinschaften ein Veto zu gebenstellen Gene Drives unsere Vorstellung davon in Frage, was „lokal“ ist, weil Insekten keine Grenzen respektieren. Wie Kevin Esvelt es ausdrückte: „Eine Veröffentlichung überall, ist wahrscheinlich eine Veröffentlichung überall.“
Die Menschen in einem von Malaria heimgesuchten Dorf möchten vielleicht Mücken loswerden und bereit sein, alles zu tun, um das Leben ihrer Kinder zu retten. Aber es ist nicht klar, dass sie das Recht haben sollten, über den Rest der Region, des Landes, des Kontinents oder sogar des Planeten zu entscheiden. Deshalb ist eine Art internationale Aufsichtsbehörde mit Regulierungsbefugnissen wie die ICAO unerlässlich.
Vielleicht gibt es nichts zu befürchten; Keines der derzeit angegriffenen Insekten ist die einzige Nahrungsquelle für andere Tiere. Aber die Malariamücke Anopheles gambiae wird von Dutzenden verschiedener Arten gefressen. Wenn einige von ihnen auch nur leicht hungern, könnten unvorhergesehene ökologische Probleme auftreten, da Raubtiere ihren Hunger stillen, indem sie ihre Aufmerksamkeit mehr auf andere Beutearten richten und empfindliche ökologische Gleichgewichte destabilisieren.
Vorsicht vor jeder Eile, Gene Drives zu übernehmen, kann auch auf Lager sein, da einfachere, weniger radikale Lösungen zur Hand sein könnten. Die WHO hat Ende 2021 einen Malaria-Impfstoff zugelassen, und mehr als eine Million afrikanische Kinder haben in einer Pilotstudie eine oder mehrere Dosen erhalten.
Die Ziele der Gene-Drive-Forscher sind präzise, zeitlich und räumlich begrenzt und löblicherweise humanitär. Niemand plant, massive Biozide wie Thanos im Marvel zuzufügen Rächer Filme. Wir müssen sicherstellen, dass Gene Drives vor jedem Einsatz der intensivsten Prüfung und internationalen Regulierung unterzogen werden, sonst könnte sich das Heilmittel als schlimmer herausstellen als die Krankheit.
Dies ist ein Meinungs- und Analyseartikel, und die vom Autor oder den Autoren geäußerten Ansichten stimmen nicht unbedingt mit denen von überein Wissenschaftlicher Amerikaner.