Eine umstrittene Technologie, die in der Lage ist, die Genome ganzer Arten zu verändern, wurde erstmals bei Säugetieren angewandt. In einem Artikel, der am 4. Juli auf dem Preprint-Server bioRxiv veröffentlicht wurde1, beschreiben Forscher die Entwicklung von „Gene Drives“ – die zur Ausrottung problematischer Tierpopulationen eingesetzt werden könnten – bei Labormäusen unter Verwendung der CRISPR-Geneditierungstechnik.

Gene Drives sorgen dafür, dass ausgewählte Mutationen an fast alle Nachkommen eines Tieres weitergegeben werden. Sie wurden im Labor bereits bei Moskitos als mögliche Strategie zur Malariabekämpfung erzeugt. Forscher haben die Möglichkeit ins Spiel gebracht, dass die Technologie auch zur Bekämpfung von invasiven Ratten, Mäusen und anderen Nagetierschädlingen eingesetzt werden könnte. Die jüngste Studie macht jedoch die Hoffnung zunichte, dass dies in absehbarer Zeit der Fall sein könnte, so die Wissenschaftler. Die Technik funktionierte bei Labormäusen nur uneinheitlich, und es sind noch unzählige technologische Hürden zu überwinden, bevor die Forscher auch nur in Erwägung ziehen könnten, das Gerät in der freien Natur einzusetzen.

„Es gibt Anzeichen dafür, dass es funktionieren könnte, aber es ist auch ernüchternd“, sagt Paul Thomas, ein Entwicklungsgenetiker an der Universität von Adelaide in Australien, der nicht an der Studie beteiligt war. „Es gibt noch viel zu tun, bevor man Gene Drives als nützliches Instrument zur Populationskontrolle von Nagetieren in Betracht ziehen kann. Sein Labor führt ähnliche Arbeiten im Rahmen eines internationalen Konsortiums durch, das Gene-Drives zur Bekämpfung invasiver Nagetiere einsetzt.

Gene-Drives sorgen dafür, dass ein höherer Anteil der Nachkommen eines Organismus ein bestimmtes, „egoistisches“ Gen erbt, als dies zufällig der Fall wäre, so dass sich eine Mutation oder ein fremdes Gen schnell in einer Population verbreiten kann. Sie kommen in der Natur bei einigen Tieren, einschließlich Mäusen, vor, wo sie zum Tod oder zur Unfruchtbarkeit führen können. Das revolutionäre Gen-Editing-Tool CRISPR-Cas9 hat jedoch zur Entwicklung synthetischer Gene-Drives geführt, mit denen problematische Arten wie malariaübertragende Moskitos aus der Natur eliminiert werden sollen, indem beispielsweise sichergestellt wird, dass die Nachkommen unfruchtbar sind. Die Technologie hat Kontroversen ausgelöst – und sogar einen gescheiterten Versuch, ihre Verwendung weltweit zu verbieten -, weil Organismen, die Gentriebe tragen, schwer einzudämmen sein könnten, wenn sie in der freien Natur freigesetzt werden.

Ein Team unter der Leitung von Kim Cooper, einem Entwicklungsgenetiker an der University of California, San Diego, versuchte nicht, einen Gentrieb zu entwickeln, der Labormäuse (Mus musculus) unfruchtbar macht. Das Ziel der Forscher bestand vielmehr darin, einen Prüfstand für die Technologie zu schaffen, die ihrer Meinung nach auch in der Grundlagenforschung nützlich sein könnte: Sie beeinflussten die Vererbung einer Mutation, die Mäusen ein weißes Fell verleiht, anstatt Unfruchtbarkeit zu verursachen.

CRISPR-basierte Gene Drives verwenden das Gen-Editing-Werkzeug, um eine Mutation auf einem Chromosom auf das zweite des Paares zu kopieren, normalerweise während der frühen Entwicklung eines Tieres. Als Coopers Team dies bei Mäuseembryonen versuchte, wurde die Mutation nicht immer korrekt kopiert, und der Prozess funktionierte nur bei weiblichen Embryonen.

Das Team schätzte, dass dies dazu führen könnte, dass eine Mutation im Durchschnitt an etwa 73 % der Nachkommen einer weiblichen Maus weitergegeben wird, anstatt der üblichen 50 % für die meisten Gene, die nach den normalen Vererbungsregeln funktionieren. Cooper lehnte es ab, die Arbeit ihres Teams zu kommentieren, da sie noch nicht in einer von Fachleuten begutachteten Zeitschrift veröffentlicht wurde.

Tony Nolan, ein Molekularbiologe am Imperial College London, der zu einem Team gehört, das Gene Drives für malariaübertragende Moskitos entwickelt, ist begeistert, dass Gene Drives zumindest bei Nagetieren funktionieren können. Selbst wenn die Technologie nicht zur Ausrottung von Krankheiten eingesetzt wird, könnte sie effizienter sein als bestehende Technologien zur Herstellung transgener Labortiere, die durch Mehrfachmutationen verursachte Krankheiten modellieren, sagt er.

Andere Forscher stimmen zu, dass die Studie wichtig ist, sagen aber auch, dass sie zeigt, wie weit die Technologie bei Nagetieren noch gehen muss. „Könnten Sie sich diesen Genantrieb in der freien Wildbahn vorstellen? Das wird nicht passieren“, sagt Gaétan Burgio, ein Genetiker, der an der Australian National University in Canberra an CRISPR arbeitet. Die relativ geringe Effizienz der Technik bedeutet, dass es viele Generationen dauern würde, bis sich der Gentreiber in einer ganzen Nagetierpopulation ausbreitet, so dass die Arten genügend Zeit hätten, eine Resistenz zu entwickeln.

Thomas bezeichnet die Ergebnisse als „Realitätscheck“ für die Bemühungen um die Entwicklung von Gentreibern bei Nagetieren. „Sie geben einen Hinweis darauf, wie weit wir noch gehen müssen“, sagt er. Zukünftige Arbeiten sollten darauf abzielen, die Effizienz zu verbessern und zu verstehen, warum die Technik bei männlichen Mäusen nicht funktioniert, fügt Thomas hinzu.

Er ist Mitglied des Konsortiums Genetic Biocontrol of Invasive Rodents (GBIRd), das hofft, Gene Drives gegen Ratten und Mäuse einsetzen zu können.

CRISPR-Gen-Drives sind nicht die einzige Strategie des Konsortiums im Umgang mit invasiven Nagetieren. GBIRd-Mitglied David Threadgill, Genetiker an der Texas A&M University in College Station, und sein Team arbeiten mit einem Gene Drive, der bei Mäusen natürlich vorkommt, dem sogenannten t-Haplotyp. Die Forscher planen, dieses egoistische Gen zu verändern, um töchterlose Mäuse zu schaffen: Weibchen, die zwei Kopien tragen, bringen nur Männchen zur Welt, was zu einem Zusammenbruch der Population führen könnte.

Sollte sich die Gentreibertechnologie bei der Bekämpfung von Nagetieren als wirksam erweisen, sind Inseln ein ideales Testfeld, sagt Heath Packard, Direktor von Island Conservation in Santa Cruz, Kalifornien, einem GBIRd-Partner, der sich auf die Ausrottung invasiver Schädlinge konzentriert. Pestizide gegen Nagetiere, die auf kleinen Inseln problematische Mäuse und Ratten ausgerottet haben, sind zu riskant für den Einsatz auf größeren Inseln mit komplexen Ökosystemen und großen menschlichen Populationen, sagt Packard. Gentreiber, die auf Inseln eingesetzt werden könnten, sind eine Technologie, die es wert ist, untersucht zu werden. „Wir sind zuversichtlich, dass dies ein Werkzeug sein könnte, das der Inselrestauration dienen könnte“, sagt er, „aber wir wissen nicht, ob es funktionieren wird.“