Gezielte Verbreitung erwünschter Gene stößt an Grenzen

7. April 2017, 18:28
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Die "Gene-Drive"-Technik braucht Verbesserungen – laut Biomathematiker sind diese auch möglich

Wien/Cambridge – Mit einer neuen Technik ("Gene-Drive") könnte man zum Beispiel Unfruchtbarkeits-Gene in Malariamücken verbreiten, um die Krankheit zu bekämpfen. Bald würden dann aber Überträger entstehen, die dagegen immun sind, errechnete der Biomathematiker Martin Nowak. Mit Kollegen zeigte er, dass man das System verbessern kann, um dies zu vermeiden. Die Studie ist im Fachmagazin "Science Advances" erschienen.

Die Methode

Bei der "Gene-Drive"-Technik ist eine hochpräzise Genschere (Crispr/Cas) quasi der Fahrer (Driver) für ein Gen, das man in eine Population einbringen und verbreiten will. Die beiden werden zum Beispiel bei einer Stechmücke (samt einer Leitsequenz) künstlich auf einer von zwei Chromosomen-Kopien eingefügt.

Dort setzt die Genschere sogleich einen Schnitt an der gleichen Stelle im anderen (homologen) Chromosom, worauf ein natürlicher Reparaturmechanismus der Zellen aktiv wird. Er bringt das Malheur in Ordnung und nimmt dabei das intakte Chromosom als Vorlage. Dort befinden sich aber die Genschere und ihr Passagier (zum Beispiel ein Sterilitäts-Gen), die somit auch auf das zweite Chromosom kopiert werden. Auf die selbe Art verbreitet sich diese Gene-Drive-Einheit auch in Folge-Generationen.

"Großes Problem"

Manchmal wird aber ein anderer Erbgut-Mechaniker in den Zellen aktiv, der ohne Vorlage arbeitet, erklärt Nowak, der aus Österreich kommt und an der Harvard University (USA) forscht. Dieser Mechaniker schließt die Schnittstelle mit einem zusätzlichen, kleinen Flicken, oder indem er an beiden Seiten ein wenig wegschneidet, und die verkürzten Enden wieder zusammenbringt. Dadurch entstehen Genveränderungen (Mutationen). Außerdem wird die Schnittstelle dabei für die Genschere unkenntlich gemacht, und das Chromosom ist somit immun gegen den Gene-Drive Eingriff. Dies sei bei den bisherigen Ansätzen ein "großes Problem", so das Forscherteam.

Die Berechnungen zeigten aber, dass man mit ein paar Änderungen ein effektiveres System basteln kann. Einerseits wäre es besser, mehrere Schnittstellen nebeneinander zu verwenden. Zweitens sollte man die Zielregionen so wählen, dass sie in für den Organismus lebenswichtigen Genen liegen. Wenn der etwas ungenau arbeitende Erbgut-Mechaniker dort am Werk ist, sind zwar die zerschnittenen Enden wieder vereint und immun gegen die Genschere. Die Organismen können aber in der Regel nicht überleben, weil solch wichtige Gene eigentlich perfekt restauriert werden müssten.

Somit würde sich eine Immunität nicht ausbreiten. Mit diesem System könnte man die Unfruchtbarkeitsgene in zehn bis 20 Generationen in 99 Prozent der Organismen einer Population verbreiten, und sie blieben stabil dort, so die Forscher.

Wohlüberlegter Einsatz

Diese perfektionierten und äußerst wirkungsvollen "Gene-Drives" seien aber nur in äußerst speziellen Fällen gerechtfertigt, erklären sie. Zum Beispiel, wenn Krankheiten viel Leid verursachen und es keine ausreichenden Behandlungsmöglichkeiten gibt, wie etwa bei der Malaria oder der Schistosomiasis, einer von Schnecken übertragenen Wurmkrankheit. (APA, 7.4.2017)

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