14. Dez 2017

Gene Drive: Den Teufel mit dem Beelzebub austreiben

Ein Gene Drive könnte Neuseeland von invasiven Arten befreien, aber das Risiko einer unkontrollierten Ausbreitung ist hoch.

Ein Gene Drive hält sich nicht an die Mendelschen Regeln. Quelle: Esvelt und Gemmell, PLoS Biology

Neuseeland hat ein Problem mit seinen Einwanderern – Ratten, Hermeline und australische Kusus bedrohen die einzigartige Tierwelt. Kiwis und andere flugunfähige Vögel sind eine leichte Beute für die eingeschleppten Räuber, andere einheimische Tiere werden bei der Konkurrenz um Nahrung ins Abseits gedrängt. Ein Drittel der Vogelarten ist vom Aussterben bedroht. Der Inselstaat greift zu drastischen Gegenmaßnahmen: Bis zum Jahr 2050 will er die invasiven Arten ausrotten.

Bislang sind es vor allem konventionelle Tierfallen und vergiftete Köder, mit denen Neuseeland gegen die Eindringlinge vorgeht. Die Erfolge sind vorzeigbar: Etwa 100 abgelegene Inseln und einige kleinere Reservate sind nun frei von invasiven Arten. Doch für die weiten Landschaften der Hauptinseln sind diese antiquierten Jagdmethoden kaum geeignet. Neue Ansätze müssen her, um das ehrgeizige Ziel zu erfüllen, und eine Kampagne namens Predator Free 2050 soll deren Entwicklung vorantreiben.

Gene Drive: Resistenzen und Isolation als Schutz?

Ganz oben auf der Wunschliste – neben artspezifischen Toxinen und effizienteren Fallen – steht auch der Gene Drive. Dieses genetische Element breitet sich rasch in einer Population aus, ohne dabei Rücksicht auf die Mendelschen Regeln zu nehmen. Gekoppelt an Gene, die Unfruchtbarkeit auslösen oder bevorzugt männliche Nachkommen hervorbringen, könnte der Gene Drive eine Population in den Abgrund treiben.

Einer breiteren Öffentlichkeit bekannt wurde der Gene Drive im Jahr 2014, als US-Forscher um Kevin Esvelt und George Church ihn als Lösung für viele drängende Probleme vorschlugen. Die Bekämpfung von Malaria stand im Vordergrund, aber auch die Ausrottung invasiver Arten wurde explizit diskutiert. Doch hier haben die Forscher noch einmal nachgerechnet und eine scharfe Kehrtwende vollzogen: Statt eine invasive Art auszurotten, setzt der Gene Drive wohl eher eine neue Invasion in Gang.

Noch ist der Gene Drive eher Gedankenspiel als etablierte Methode, denn Forscher haben gerade erst begonnen, erste Ansätze mit Mücken und Fruchtfliegen im Labor zu testen. Dennoch werden bereits die ersten Zweifel laut: Die Entstehung von Resistenzen sei unvermeidlich, in der Natur werde er sich nie durchsetzen können. Die US-Akademie der Wissenschaften rät dennoch zu höchster Vorsicht und forderte, erste Freisetzungs-Versuche nur auf isolierten Inseln durchzuführen. Eine ungewollte Ausbreitung sollte dadurch quasi unmöglich werden.

Zehn Tiere für eine Invasion

Doch diese Hoffnung könnte sich als trügerisch erweisen. In einer neuen Analyse entwickelten Forscher um Esvelt und Church ein mathematisches Modell, dass die Verbreitung eines Gene Drives in freier Natur simuliert. Ausgangspunkt ist die Freisetzung einer kleinen Zahl von Individuen, und die Ergebnisse geben zu denken. Selbst ein mäßig effizienter Gene Drive, der sich nur auf 50 % der Nachkommen überträgt (im Labor sind es oft mehr als 90 %), würde sich rasch in der Population ausbreiten. Bereits 10 Individuen reichen in der Simulation aus, um das Erbgut eines großen Teils der Tiere zu verändern.

Selbst das Auftauchen resistenter Gene würde daran wenig ändern. Der Gene Drive könnte sich zwar nicht vollständig durchsetzen und die Population ausrotten, aber er würde immer noch sehr viele Tiere erreichen. Selbst unter ungünstigen Bedinungen wären mindestens 10 % der Population betroffen, und der Drive würde sich wohl über dutzende Generationen hinweg im Erbgut halten.

Damit bleibt veränderten Tieren viel Zeit, um aus der Isolation zu entkommen. Laut dem Modell genügt es, dass in jeder zweiten Generation ein einzelnes Tier ausbricht, um den Gene Drive auf andere Inseln oder Kontinente zu verschleppen. Die genmanipulierten Tiere würden quasi selbst zu einer invasiven Spezies – mit kaum vorsehbaren Folgen für das Ökosystem.

Mit fremder Hilfe

Ein unbeabsichtigtes Verschleppen ist nicht die einzige Gefahr, auch eine gezielte Freisetzung ist denkbar. Ausgerechnet Neuseeland liefert hier das passende Beispiel: Im Jahr 1997 setzte eine Gruppe von Farmern eigenmächtig das rabbit hemorrhagic disease virus frei, um der grassierenden Kaninchenplage Herr zu werden. Zuvor hatten offizielle Stellen die Freisetzung geprüft, aber letzlich verworfen – sehr zum Unmut der Farmer, die große finanzielle Verluste wegen der Kaninchen erlitten. Als sich die toten Kaninchen auf der Südinsel häuften, war es für Gegenmaßnahmen bereits zu spät.

Ratten lösen ungleich größere Schäden aus, in den USA allein werden die jährlichen Verluste auf 19 Milliarden US-Dollar geschätzt. Wenn ein Gene Drive die Ausrottung von Ratten verspricht, wird er allein schon deshalb auf viel Sympathie stoßen. Und manch einer könnte versucht sein, den Gene Drive aus Neuseeland zu importieren – dazu müsste er dort nur ein gutes Dutzend Ratten fangen.

Egal ob gewollt oder ungewollt – ein Gene Drive wird sich nur schwer begrenzen lassen. Esvelt und Church plädieren daher für einen Verzicht auf Feldversuche, selbst wenn dieser auf abgelegenen Inseln stattfindet. Für die Bekämpfung von invasiven Arten regen sie die Suche nach Alternativen an, die beherrschbar und lokalisierbar sind (wie etwa den daisy chain drive oder die trojan female technique). Der Gene Drive sollte nur bei Plagen Anwendung finden, bei denen eine Ausrottung unzweifelhaft von Nutzen ist – in erster Linie also Malaria.

Überzeugt die Kehrtwende?

So ist das in der Forschung: Was gestern noch vielversprechend schien, kann sich heute durch neue Erkenntnisse (oder genaueres Nachdenken) als höchst zweifelhaft erweisen. Esvelt und Church haben in ihren Artikel von 2014 und 2017 sicher mit größter Überzeugung formuliert – doch ihre Bewertung des Gene Drives bei invasiven Arten hat sich dabei ins Gegenteil verkehrt.

Ob das Feld ihnen bei dieser abrupten Kehrtwende folgt, bleibt abzuwarten. Anfang Dezember haben die große Geldgeber (Gates Foundation, Wellcom Trust, NIH) Richtlinien vorgestellt, wie eine verträgliche Entwicklung von Gene Drives erfolgen soll – der Kampf gegen invasive Arten wurde dabei explizit eingeschlossen. Gut möglich, dass Esvelt und Church im Jahr 2014 etwas losgetreten haben, das sie 2017 nicht mehr einfangen können.

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