Gene Drive

Methode, mit der sich gentechnisch erzeugte Eigenschaften schnell in einer Population verbreiten lassen. Wird vor allem im Zusammenhang mit der Bekämpfung von Infektionskrankheiten wie Malaria und Dengue-Fieber, die durch Mücken übertragen werden, erforscht.

Gene Drive 1

Ohne Gene Drive würde eine gentechnisch erzeugte Eigenschaft (rot) nur an die Hälfte der Nachkommen weitergegeben.

Gene Drive 2

Mit Gene Drive würde sie bis zu 100 Prozent weitervererbt und sich sehr schnell in der gesamten Population verbreiten.

Bei einem Gene Drive werden die klassischen Mendelschen Regeln der Vererbung außer Kraft gesetzt. Normalerweise werden bei der sexuellen Vermehrung je ein Chromosomensatz vom Vater und einer von der Mutter an die Nachkommen vererbt. Einzelne Gene liegen daher immer in zwei verschiedenen Ausprägungen vor. Welche Varianten sich auf Dauer in Populationen durchsetzen, hängt davon ab, ob sie einen Vorteil bringen.

Auch Mutationen breiten sich normalerweise nur langsam in einer Population aus. Denn die Veränderung liegt erst mal nur auf einem der zwei Chromosomen vor, so dass das mutierte Gen auch nur an die Hälfte der Nachkommen vererbt wird.

Genmutationen können heute mit Hilfe der neuen Methode CRISPR/Cas („Genschere“) einfach und zielgerichtet herbeigeführt werden. Das CRISPR/Cas-System erkennt eine bestimmte Zielsequenz im Genom und schneidet dort die DNA. So kann ein Gen gezielt ausgeschaltet oder verändert werden, oder ein neues Gen wird eingefügt.

Für einen Gene Drive führt man mit dem CRISPR/Cas-System in einem Chromosom gezielt eine Genveränderung durch und baut gleichzeitig das CRISPR-Werkzeug mit ein. Die Genschere ist so konstruiert, dass sie die DNA des zweiten Chromosoms an der gegenüberliegenden (homologen) Stelle auch schneidet und dort die „programmierte“ Genmutation durchführt. Bei der Reparatur der Schnittstelle wird das CRISPR-Konstrukt wieder mit eingefügt. Das Konstrukt kopiert sich also selbstständig auf das homologe Chromosom. Die Erbinformation für das veränderte Merkmal ist dann reinerbig vorhanden und wird an alle Nachkommen weitergegeben.

Auch in der Folgegeneration wird CRISPR/Cas wieder aktiv, so dass alle Varianten des Zielgens - in einer Art Kettenreaktion - ausgeschaltet oder verändert werden. Dieser als Gene Drive bezeichnete Mechanismus bewirkt also, dass Genveränderungen reinerbig (homozygot) vorliegen.

Der Gene Drive wird vor allem im Zusammenhang mit der Eindämmung von Infektionskrankheiten wie Malaria oder Dengue-Fieber erforscht. Eine gentechnisch erzeugte Resistenz von Stechmücken gegen den Malariaerreger oder auch eine eingeschränkte Fruchtbarkeit der Stechmücken könnte sich in Kombination mit einem Gene Drive schnell in der Stechmückenpopulation verbreiten.

Da ein Gene Drive das Potenzial hat, Populationen stark einzudämmen oder sogar komplett auszurotten, wird er auch unter Wissenschaftlern sehr kritisch gesehen.

Inzwischen weiß man, dass der Gene Drive-Mechanismus nicht so zuverlässig arbeitet wie anfangs angenommen. So stellte sich in Versuchen mit Insektenpopulationen heraus, dass zwar die ersten Generationen tatsächlich schnell die neuen Erbinformationen nahezu vollständig in sich trugen, jedoch nach weiteren Generationen die neuen Merkmale nicht mehr ausgeprägt waren. Daher arbeitet man nun daran, die Methode noch effektiver und zuverlässiger zu machen.

Siehe auch:

Mutation CRISPR/Cas-System homologe Chromosomen