Onderzoekers van het Imperial College in Londen hebben een Trojaans paardachtige vorm van genetische manipulatie in een laboratoriumomgeving gebruikt om een populatie van malaria-overdragende muggen in minder dan 11 generaties uit te roeien.
Gewapend met een CRISPR-gen-bewerkte sterilisatiemutatie infiltreerden biologen een groep Anopheles gambiae en introduceerden de dodelijke genmodificatie bij slechts enkele van de nietsvermoedende insecten. Zoals Megan Molteni voor Wired rapporteert, voltooide de mutatie haar verraderlijke taak binnen zeven tot 11 generaties, waarbij de steriliteit snel onder de bevolking werd verspreid en de opkomst van een krachtig - zij het controversieel - instrument in de wereldwijde strijd tegen malaria werd gesignaleerd.
De bevindingen van het imperiale team, onlangs gepubliceerd in Nature Biotechnology, vertegenwoordigen een van de eerste succesvolle implementaties van de "gen-drive" -techniek. Gene drives tarten de wetten van de genetica door de kans dat een eigenschap wordt doorgegeven aan kinderen aanzienlijk te vergroten.
Volgens Tina Hesman Saey van Science News werkte de genenaandrijving van de onderzoekers om het doublesex-gen van de muggen te veranderen. Vrouwtjes die twee exemplaren van dit gemuteerde gen erfden, ontwikkelden een antenne en claspers die op mannen lijken, waardoor ze niet in staat zijn eieren te leggen of hun prooi te bijten. Mannen en vrouwen die slechts één exemplaar hebben geërfd, waren grotendeels onaangetast.
Om het succes van hun gen-drive te testen, vulden de biologen twee kooien met een mengsel van 300 vrouwelijke muggen, 150 onaangetaste mannen en 150 genetisch gemodificeerde mannen. In één gekooide populatie verspreidde het veranderde gen zich naar alle muggen door de zevende generatie, waardoor de achtste en laatste generatie niet in staat waren om nakomelingen te produceren. De tweede populatie had 11 generaties nodig om op dezelfde manier uit te sterven.
Onder normale omstandigheden hebben nakomelingen 50 procent kans om het gegeven gen van een ouder te erven. Als een mannelijke mug bijvoorbeeld een veranderd gen draagt, kan hij dit doorgeven aan een van zijn twee kinderen. Vervolgens zou de nieuwe veranderde gen-drager op zijn beurt het gen kunnen doorgeven aan een van zijn twee kinderen, enzovoort. Wanneer gen-drives in beeld komen, hebben veranderde genen echter een veel grotere kans om zich naar nakomelingen te verspreiden. De bovengenoemde mannelijke mug kan zijn gemodificeerde gen doorgeven aan beide kinderen, waardoor de kans groter wordt dat zijn verre nakomelingen het gen ook erven.
Het keizerlijke team was in staat om 'weerstand' te omzeilen - een van de belangrijkste problemen in verband met gen-drives - door zich te richten op het doublesex-gen, dat geen mutaties verdraagt. Volgens een persbericht van het Imperial College zijn eerdere experimenten met genen gedwarsboomd door genen die zich aanpassen aan door onderzoekers veroorzaakte veranderingen, waardoor ze normaal kunnen functioneren en de drive kunnen weerstaan.
"We zeggen niet dat dit 100% resistent is", zegt hoofdauteur Andrea Crisanti tegen Nicholas Wade van de New York Times. "Maar het ziet er veelbelovend uit."
Replicatie van de resultaten van de studie in het wild kan wetenschappers helpen malaria te bestrijden, een ziekte die overal op het Afrikaanse continent heerst. De Wereldgezondheidsorganisatie stelt dat in 2016 maar liefst 216 miljoen gevallen (met een dodental van 445.000) werden geregistreerd.
Toch brengt de technologie aanzienlijke risico's met zich mee: zodra een gen-drive in het wild wordt vrijgegeven, kan deze niet eenvoudig worden teruggeroepen. En, merkt Wade op, de effecten kunnen waarschijnlijk niet worden beperkt tot een enkel land, wat betekent dat wereldwijde insectenpopulaties ongewenste bijwerkingen kunnen ondervinden.
Bioloog Ricarda Steinbrecher vertelt Rob Stein van de NPR dat de uitroeiing van een hele soort kan leiden tot ecosysteemcrashes of de opkomst van andere potentieel schadelijke insectengroepen. Jim Thomas, co-executive van de technologie-gecentreerde ETC Group, voegt eraan toe dat de defensie-industrie zelfs gen-drives in oorlogswapens zou kunnen transformeren die "toxische" stoffen over de bevolking verspreiden.
Voordat deze zorgen kunnen worden weggenomen, moeten onderzoekers enkele jaren de technologie afstemmen. Zoals BBC News meldt, zal de volgende stap van de wetenschappers hun techniek testen op grotere populaties in minder kunstmatige omgevingen.
De wereldwijde uitroeiing van malaria-overdragende muggen kan een relatief verre doelstelling blijven, maar Kevin Esvelt, een bioloog aan het Massachusetts Institute of Technology die niet bij de studie betrokken was, vertelt de New York Times 'Wade dat voortschrijdende gen-aandrijftechnieken de sleutel kunnen zijn - ondanks de potentiële risico's die aan de technologie zijn verbonden.
Esvelt concludeert: "De bekende schade van malaria weegt zwaarder dan alle mogelijke ecologische neveneffecten die tot nu toe zijn opgetreden, zelfs als ze allemaal tegelijkertijd plaatsvonden."
