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 Baumwollkapselwurm, 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.

Olivenfliege

Die Olivenfruchtfliege legt ihre Eier in reifende Oliven, von denen sich die Maden dann ernähren. Auf den Olivenplantagen in den Mittelmeerländern sorgt sie für große Ernteausfälle.

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. Im Laufe der Zeit hat sie Resistenzen gegen 90 Insektizide entwickelt. Auch bei den Pflanzenschädlingen sollen Männchen mit einem „Sterblichkeits-Gen“ zu einem drastischen Rückgang der Populationen führen. Im Bundesstaat New York sollen nun gv-Motten im Freiland getestet werden.
Fotos (von oben nach unten): iStockphoto; Lorraine Graney, Bugwood.org; 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 - beispielsweise Olivenbäume in den Mittelmeerländern, deren Früchte von der Olivenfliege befallen 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. Bei all diesen Versuchen konnten die Mückenpopulationen um etwa 90 Prozent verringert werden.

Brasilien hat 2014 als erstes Land die kommerzielle Nutzung einer gentechnisch veränderten Tigermücke (OX513A) zugelassen. Die Stadt Piracicaba im Bundesstaat São Paulo ist die erste Gemeinde, in der 2015 in einem Stadtteil mit 5000 Einwohnern gv-Mücken ausgesetzt wurden. Das Projekt wurde inzwischen auf zwölf benachbarte Stadtteile ausgeweitet. Und auch in anderen Städten wurden mittlerweile gv-Mücken freigelassen. In den betroffenen Stadtbezirken gingen die Mückenpopulationen um mehr als 80 Prozent zurück. Auch die Zahl der Dengue-Infektionen nahm um gut 90 Prozent ab. Selbst in den angrenzenden Bezirken, in denen keine gv-Mücken freigesetzt worden waren, wurden über 50 Prozent weniger Menschen neu mit Dengue-Fieber infiziert.

In Burkina Faso steht die Freilassung von gentechnisch veränderten Anopheles-Mücken kurz bevor. Anopheles-Mücken sind Überträger der Malaria. Die Zulassung für die Freisetzung von bis zu 10.000 gv-Mosquitos wurde im September 2018 erteilt. Die männlichen Mosquitos wurden durch Gentechnik steril gemacht, um die Mückenpopulation zu verringern und so die Übertragung von Malaria einzudämmen.

Auch für die Bekämpfung einiger Pflanzenschädlinge ist die RIDL-Technik schon weit entwickelt: So werden entsprechend gentechnisch veränderte Baumwollkapselwürmer und Kohlmotten bereits seit einigen Jahren in den USA unter Freiland-ähnlichen Bedingungen getestet. Im Sommer 2017 wurden am Cornell University College of Agriculture and Life Sciences Freilandversuche mit gv-Kohlmotten durchgeführt. Die Auswertung der Daten dauert noch an.

In Spanien beantragte Oxitec zuletzt 2015 einen Freisetzungsversuch mit gentechnisch veränderten Olivenfruchtfliegen, zog den Antrag aber kurzfristig wegen mangelnder Erfolgsaussichten zurück. Nach zahlreichen Versuchen in geschlossenen Glashäusern in Australien, Griechenland und Marokko, sind laut Firmenangaben in nächster Zeit auch Freilandversuche mit gv-Mittelmeerfruchtfliegen geplant.

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.

Gene Drive - schnelle Verbreitung neuer Erbinformation

Vor kurzem wurden zwei neue Konzepte zur Bekämpfung von Malaria vorgestellt. 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 - indem die Mendel’schen Regeln der Vererbung umgangen werden. Mit Hilfe des neuen Verfahrens CRISPR/Cas ist es leichter möglich, einen solchen Gene Drive herbeizuführen. Kombiniert mit neu eingeführten Genen - zum Beispiel für eine Resistenz -, sorgt er dafür, dass so gut wie alle Nachkommen die neue Erbinformation erhalten und diese sich innerhalb nur weniger Generationen in einer Population verbreitet.

Mücken gentechnisch zu verändern, stößt vielfach auf Kritik. Gegner solcher Ansätze befürchten etwa, dass durch das Verschwinden von Insektenpopulationen ökologische Nischen freiwerden, die dann von anderen Schädlingen und Krankheitserregern besetzt werden könnten. Insbesondere die Möglichkeit eines Gene Drive ist auch unter Wissenschatlern nicht unumstritten, da die möglichen Folgen für die Ökosysteme nicht absehbar seien.