Mücke, Stechmücke 2

Gentechnisch veränderte Insekten: Verdrängung unerwünschter Artgenossen

Zahlreiche Insekten übertragen Krankheitserreger oder schädigen Nutzpflanzen. Neue Strategien zur Bekämpfung solcher Insekten setzen auf Gentechnik. Als erste transgene Insekten wurden 2014 in Brasilien gentechnisch veränderte Tigermücken zugelassen, um Infektionen durch das Dengue- und Zika-Virus einzudämmen. Aber auch bei Pflanzenschädlingen wie Kohlmotte und Fruchtfliege, die erhebliche Ertragsverluste verursachen, sind gentechnische Ansätze bereits weit entwickelt. Insbesondere bei der Malaria-Bekämpfung werden zunehmend auch die Möglichkeiten des Genome Editings genutzt.

Stechmücke

Stechmücken übertragen verschiedene Infektionskrankheiten wie Dengue-Fieber, Malaria und Zika. Durch Fernreisende und internationalen Güterverkehr verbreiten sich die Erreger und ihre Wirte inzwischen weltweit und gelangen auch nach Europa.

Mittelmeerfruchtfliege2

Mittelmeerfruchtfliege. Ihre Larven entwickeln sich bevorzugt im Fruchtfleisch verschiedener Zitrusfrüchte, aber auch in Mango, Pfirsich, Feige, Kaffee und zahlreichen anderen Pflanzen.

Kohlmotte

Die Kohlmotte (Plutella xylostella) verursacht weltweit immense Schäden vor allem bei Kohlgewächsen.
Auch bei Pflanzenschädlingen sollen Männchen mit einem „Sterblichkeits-Gen“ zu einem drastischen Rückgang der Populationen führen. Schadinsekten, die bereits mit der RIDL-Technik gentechnisch verändert wurden sind die Kohlmotte, die Mittelmeer- und Olivenfruchtfliege, die Kirschessigfliege, der Baumwollkapselwurm, der Sojabohnenschleifer sowie der Herbst-Heerwurm.
Bislang wurden nur gv-Kohlmotten in den USA bereits im Freiland getestet. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Einsatz der gv-Motten eine wirksame Schädlingsbekämpfung ermöglichen könnte.
Nach zahlreichen Versuchen in geschlossenen Glashäusern in Australien, Griechenland und Marokko, sind auch Freilandversuche mit gv-Mittelmeerfruchtfliegen geplant.
Fotos (von oben nach unten): iStockphoto; Scott Bauer, USDA Agricultural Research Service, Bugwood.org; Oxitec
Großes Foto oben: James Gathany / CDC


Blut saugende Insekten, insbesondere Stechmücken, können die Erreger für einige der gefährlichsten Infektionskrankheiten des Menschen übertragen. Weltweit erkranken jedes Jahr schätzungsweise 200 Millionen Menschen an Malaria, eine halbe Million Menschen sterben daran. Beim Dengue-Fieber sind es 50-100 Millionen Erkrankungen und 20.000 Todesfälle im Jahr. In den Jahren 2015 und 2016 häuften sich in Brasilien und anderen lateinamerikanischen Ländern auch die Infektionen durch das Zika-Virus, so dass die Weltgesundheitsorganisatio (WHO) den globalen Gesundheitsnotstand ausrief. Dieser wurde Ende 2016 aufgrund der deutlich gesunkenen Infektionsrate wieder aufgehoben.

In der Landwirtschaft sorgen Insekten für zum Teil erhebliche Ernteausfälle durch Fraßschäden. Zahlreiche Nutzpflanzen müssen deswegen regelmäßig mit Insektiziden behandelt werden.

In den 1950er Jahren wurde in den USA die Sterile Insect Technology (SIT) zur Bekämpfung unerwünschter Insektenpopulationen entwickelt. Dabei werden im Labor gezüchtete Insekten durch radioaktive Bestrahlung sterilisiert und anschließend freigesetzt. Paaren sie sich mit wilden Artgenossen, bleibt der Nachwuchs aus, was zu einer Verringerung der freilebenden Populationen führt. Die Methode wurde und wird erfolgreich eingesetzt, zum Beispiel bei der Bekämpfung von Tse-Tse-Fliegen, Schmeißfliegen und Fruchtfliegen.

Inzwischen versuchen Wissenschaftler, die Fortpflanzung unerwünschter Insekten durch gentechnische Veränderung zu verhindern. Am bekanntesten sind die Projekte der britischen Firma Oxitec, einer Ausgründung der University of Oxford. Oxitec arbeitet mit der RIDL-Methode (Release of Insects carrying a Dominant Lethal). Dabei wird ein Gen in das Erbgut männlicher Insekten eingeführt, das dafür sorgt, dass nach der Paarung der Nachwuchs schon im Larvenstadium stirbt. Die Wirkung dieses Gens besteht darin, dass es die Aktivität anderer Gene beeinflusst und wichtige Zellfunktionen außer Kraft setzt.

Bei der Ägyptischen Tigermücke Aedes aegypti, die verschiedene tropische Viren wie Dengue, Chikungunya und Zika überträgt, hat Oxitec die RIDL-Technik sehr weit entwickelt. Seit 2009 führte die Firma mit den gv-Mücken Freisetzungsversuche auf den Cayman-Inseln, in Malaysia, Panama und Brasilien durch.

Brasilien hat 2014 als erstes Land die kommerzielle Nutzung einer gentechnisch veränderten Tigermücke (OX513A) zugelassen. Die Stadt Piracicaba im Bundesstaat São Paulo war die erste Gemeinde, in der 2015 in einem Stadtteil mit 5000 Einwohnern gv-Mücken ausgesetzt wurden. Auch in anderen Städten Brasiliens wurden seitdem gv-Mücken freigelassen. In den betroffenen Stadtbezirken gingen die Mückenpopulationen um mehr als 80 Prozent zurück und entsprechend auch die Zahl der Infektionen.

In den USA sind geplante Freisetzungen von Oxitecs gv-Mücken in Texas und Florida einen Schritt näher gerückt, nachdem im Mai 2020 die Umweltbehörde EPA grünes Licht gegeben hat. Die beiden Bundesstaaten haben seit einem Zika-Ausbruch 2016 mit Infektionen durch das von Mücken übertragene Virus zu kämpfen.

Inzwischen hat Oxitec die gv-Mücken so weiterentwickelt (2. Generation, OX5034), dass nur der weibliche Nachwuchs stirbt und die männlichen Mücken das „selbstlimitierende“ Gen in die nächste Generation weitertragen. Da es an jeweils die Hälfte der Nachkommen weitergegeben wird, verbleibt es länger in der Mückenpopulation, nimmt aber mit der Zeit ab. Seit 2018 arbeitet Oxitec darüberhinaus in Zusammenarbeit mit der Bill & Melinda Gates - Stiftung daran, die Technologie auch auf Mückenstämme (Anopheles) anzuwenden, die Malaria übertragen.

Unter dem Dach von Target Malaria, einem gemeinützungen Forschungsverbund, wurden unterdessen im Juli 2019 erstmals gentechnisch veränderte Anopheles-Mücken in Burkina Faso freigesetzt. Die männlichen Mosquitos wurden durch Gentechnik steril gemacht, um die Mückenpopulation zu verringern und so die Übertragung von Malaria einzudämmen.

Es gibt eine ganze Reihe weiterer Ansätze, mit Hilfe gentechnisch veränderter Insekten die Übertragung von Infektionskrankheiten einzudämmen. So wurden beispielsweise Ägyptische Tigermücken so verändert, dass weibliche Mücken - nur diese stechen und übertragen Krankheitserreger - ihre Flugfähigkeit verlieren, die sie für Nahrungsaufnahme und Fortpflanzung brauchen. Ein weiterer Ansatz basiert auf der Neuentdeckung eines Gens (Nix), welches für die Geschlechtsdifferenzierung von Stechmücken verantwortlich ist. Durch Einfügen dieses Nix-Gens in weibliche Mücken entwickeln sie sich zu Männchen.

Wissenschaftler der Universität Kalifornien haben gv-Mücken entwickelt, die Antikörper gegen den Malaria-Erreger bilden. Die Insekten sind resistent und können so die Krankheit nicht mehr verbreiten. Britische Wissenschaftler wollen die Fortpflanzung der Insekten verhindern, indem wichtige Gene für Eireifung und Embryoentwicklung ausgeschaltet werden. Beide Wissenschaftlergruppen erproben im Labor eine neue Methode, den Gene Drive, mit dem sich neue Erbinformationen in freilebenden Populationen besonders schnell verbreiten.

Freisetzung transgener Mücken in Brasilien - Unkontrollierte Verbreitung?

Im September 2019 sorgte eine Studie im Wissenschaftsmagazin Scientific Reports für Aufregung. Die Autoren hatten Freilandversuche mit gentechnisch veränderten Mücken der Firma Oxitec begleitet. Von 2013 bis 2015 waren in der kleinen Stadt Jabobina im brasilianischen Bundesstaat Bahia wöchentlich etwa eine halbe Million gv-Mücken freigesetzt worden. Das führte wie erwartet zu einer Reduktion der Mückenpopulation um bis zu 85 Prozent.

Die Wissenschaftler stellen in der Studie fest, dass Erbmaterial der freigesetzten Mücken sich nun in den natürlich vorkommenden Mückenpopulationen wiederfindet (Introgression). Sie äußern die Befürchtung, dass dies zu einer robusteren Mücken-Population führen könnte. Genetische Überwachungsprogramme seien also wichtig, um unerwartete Folgen zu erkennen.

In der medialen Berichterstattung führte eine dpa-Meldung über die Studie schnell zu falschen Schlussfolgerungen und zur Skandalisierung. Tenor: Gentechnik-Mücken breiten sich unkontrolliert in Brasilien aus.

Andere an der Studie beteiligte Wissenschaftler als auch die Firma Oxitec haben inzwischen klargestellt, dass der Versuch erfolgreich und wie geplant durchgeführt wurde. Es sei von vorneherein klar gewesen, dass drei bis fünf Prozent der Nachkommen überleben würden. Die Studie hat bestätigt, dass diese Überlebenden sich dann mit natürlich vorkommenden Mücken paaren und Nachkommen zeugen können. Das sei erwartbar gewesen. Die gentechnische Veränderung wurde in den Nachkommen jedoch nicht gefunden. Auch gebe es keinen Hinweis darauf, dass die Vermischung der verschiedenen Mückenstämme widerstandsfähigere Nachkommen hervorgebracht habe.