Fachinformationen - Insekten: Transgene Mücken


Transgene Mücken zur Malaria- und Dengue-Bekämpfung: Ausweg oder Irrweg?

Infektionen, die durch Mücken übertragen werden verursachen weltweit Millionen von Erkrankungs- und Todesfälle. Am bedeutendsten in dieser Gruppe von Erkrankungen ist weiter Malaria und unter den Viruserkrankungen (Arbo-Virosen) das Denguefieber. Die Verbreitung dieser Erkrankungen steht im Zusammenhang mit veränderten Lebensbedingungen in vielen Ländern, die sich für viele Menschen eher verschlechtern. Die Bekämpfung der Überträgermücke und Schutzmaßnahmen wie die Anwendung imprägnierter Moskitonetze wären im Prinzip äußerst effektiv, bedürfen jedoch einer konsequenten und langfristigen gesundheitspolitischen Umsetzung. Die Hoffnung auf wirksame, breit anwendbare Impfstoffe gegen Malaria und Dengue werden sich in kurzer Frist, trotz vielversprechender Ansätze wahrscheinlich, noch nicht erfüllen.

Einigen Forschern scheint daher eine Eindämmung der Malaria und der Dengueerkrankungen durch den Einsatz gentechnisch veränderter Mücken reizvoll.

Anopheles (Malaria)
Bildquelle: Prof. Garms, BNI

 

Malaria
Der komplexe Entwicklungszyklus der Malariaparasiten (Plasmodien) könnte bereits durch geringfügige genetische Manipulationen des Moskitostoffwechsels gehemmt werden. Inzwischen wurden große Fortschritte in dieser Richtung gemacht. Durch Induktion des Enzyms Phospholipase und des Peptides SM1 konnte die Vermehrung des Erregers im Moskito wirkungsvoll blockiert werden. So veränderte (transgene) Mücken wiesen unter Laborbedingungen längere Überlebenszeiten als natürlich vorkommende Mücken auf. Durch Nutzung bestimmter Genkonstrukte wie sogenannter Transposabler Elemente (TE), zum Beispiel dem Medea-Element, kann erreicht werden, dass sich die genetischen Veränderungen schneller innerhalb der Moskitopopulationen ausbreiten. Damit wäre eine Verdrängung der normalen Moskitos durch genetisch veränderte Anopheles-Mücken in freier Natur theoretisch möglich.

Wenn die transgenen Mücken einen erheblichen Überlebensvorteil gegenüber den Wildtyp-Moskitos besäßen und zusätzlich auch eine höhere Vermehrungsrate aufwiesen, könnte sich dies kurzfristig sehr wirksam auf den Übertragungszyklus der Malaria auswirken. Bislang ist allerdings nicht untersucht, inwieweit transgene Anopheles-Mücken Reservoire für andere Erreger sein könnten (z.B. für Viren) und damit langfristig ein neues, bisher unbekanntes Problem auslösen könnten. Wechselwirkungen in Ökosystemen und lebenden Organismen sind äußerst komplex und können prinzipiell in Planungsphasen von Projekten und Interventionen nicht überblickt werden. Ein Test der Mücken unter Freilandbedingungen, z.B. auf einer Versuchsfarm, kann nicht gefahrlos durchgeführt werden, da eine Verbreitung der Mücken über das Testgelände hinaus nicht ausgeschlossen werden kann. Eines der vielen Beispiele für die Folgen der Aussetzung besonders fitter Tiere in einem fremden Umfeld ist die Verbreitung des Nil-Flussbarsches im Victoriasee, der seit 1960 nahezu alle dort früher natürlich vorkommenden Fischarten verdrängt hat ("Darwins Nightmare"). Oder der Asiatische Marienkäfer (Harmonia axyridis), der zunehmend den europäischen Siebenpunkt-Marienkäfer verdrängt.

Bereits in den 1930´er Jahren hätte die durch Menschen verursachte Einführung einer hocheffektiven Malaria-Überträgermücke (Anopheles gambiae) in Nordostbrasilien fast zu einer Katastrophe geführt. Wäre es nicht gelungen, den Eindringling mit Insektiziden zu bekämpfen, so hätte dies wohl eine dramatische Zunahme der Malaria-Aktivität auf dem amerikanischen Kontinent zur Folge gehabt (Parmakelis 2008).

Aedesmücke (Dengue, Gelbfieber u.a.)
Bildquelle: Prof. Garms, BNI

 

Denguefieber
Auch bei der Bekämpfung des Denguefiebers können transgene Mücken eingesetzt werden. Denguefieber wird durch Aedes aegypti (oder nach moderner Biologie-Nomenklatur "Stegomiya aegypti") Moskitos übertragen. Derzeit finden entsprechende Feldversuche der Firma Oxitec in Brasilien, Malaysia, den Cayman-Inseln statt, voraussichtlich bald auch in Panama und Indien.

Zugrunde liegt die Idee, dass unfruchtbare Mückenmännchen die Eier der Weibchen "mit Beschlag belegen" und damit von einer Befruchtung durch fertile Konkurrenten abhalten können. Zuerst wurde versucht, dieses Ziel durch radioaktive Bestrahlung der Mückenmännchen zu erreichen. Die "verstrahlten" Männchen starben sehr schnell, noch bevor sie die Eier eines Weibchens befruchten konnten, oder wurden schlicht von den Mückenweibchen nicht als Partner akzeptiert. Ein neuer Ansatz, der von Luke Alphey, dem Gründer von Oxitec, verfolgt wird, besteht darin, die Männchen gentechnologisch so zu manipulieren, dass sie nicht überleben können, wenn sie nicht ständig mit dem Antibiotikum Tetrazyklin versorgt werden. Das gleiche gilt auch für deren Nachkommen, sobald sie das Larvenstadium hinter sich haben. Werden die Tiere in die Freiheit entlassen, können sie Eier befruchten, aus denen dann wiederum Nachwuchs hervorgeht, der bald abstirbt. Die freigesetzten Männchen sterben aufgrund des fehlenden Tetrazyklins ebenfalls bald nach der Paarung mit den Weibchen.

Es handelt sich um ein hochkomplexes Unterfangen. Zielstruktur der Veränderung ist die Flugmuskulatur. In das Genom eines Moskitos wird eine sog. Genkassette eingefügt. Das eingefügte Element enthält fünf Gene und regulatorische Elemente. Im Puppenstadium wird eine Kaskade ausgelöst, die über die Aktivierung mehrerer Gene zur Produktion eines Giftstoffes führt, der die Flugmuskulatur des Insekts zerstört. Die sich entwickelnden Weibchen müssen jedoch in der Lage bleiben, befruchtet zu werden und möglichst viel transgenen männlichen Nachwuchs zu generieren. Durch Anwesenheit von Tetrazyklin bei der Anzucht von Larven wird ein komplexes Zusammenspiel von Genen und Regulationselementen verhindert. Ohne Einfluss des Tetrazyklins wird in freier Wildbahn der Giftstoff (Toxin) gebildet, der die Lähmung der Flugmuskeln verursacht und damit letztlich den Tod des Moskitos. Wachsen die Larven dagegen in Zuchtstationen in einer Tetrazyklinlösung auf, wird kein Toxin gebildet, und es kann eine Eiablage zur Vermehrung erfolgen (Trivedi 2012).

In einzelnen Experimenten sei eine Reduktion regionaler Moskitopopulationen um 85% beobachtet worden. Eine völlige Sicherheit ist jedoch nicht zu erreichen, würde beispielsweise ein weiblicher Moskito als Nachkommin eines transgenen Männchens einen Menschen oder ein Tier unter Tetrazyklintherapie stechen, so könnte er überleben. Auch ist bei Millionen freigesetzten transgenen Exemplaren durchaus nicht unplausibel, dass etliche Männchen aufgrund fehlerhafter oder unwirksamer Manipulation trotzdem überlebensfähig bleiben und weiterhin ebenfalls überlebensfähigen transgenen Nachwuchs zeugen. Folgen für das jeweilige Biotop wären unkalkulierbar. Und die Masse an einzusetzenden Moskitos wäre erheblich. Innerhalb von 10- 20 Wochen konnten Aedes aegypti Populationen eliminiert werden, sofern eine 8,5- bis 10- fach größere Population transgener Mücken eingesetzt wurde (Wise de Valdez 2011).

Selbst bei erfolgreichem Einsatz der transgenen Moskitos könnte es zu unerwünschten Verdrängungsmechanismen kommen, zum Beispiel zur einer Verdrängung von Aedes aegypti durch die ebenfalls virusübertragende (z.B. Chikungunya-Fieber) Aedes albopictus Mücke. Es wurden bereits genveränderte Moskitos in größerer Menge in die Umgebung freigesetzt. Experten befürchten "Schnellschüsse" bei Oxitec, da das Unternehmen unter Zugzwang stehe, für seine Investoren Gewinne zu erwirtschaften. Kritisiert wird insbesondere, dass zu früh mit Freilandexperimenten begonnen worden sei sowie dass den Zulassungsbehörden nur dürftige Protokolle der zugrundeliegenden Experimente vorgelegen hätten. (Urguhart 2012) Auf internationaler Ebene existieren keine verbindlichen Richtlinien oder gar Gesetze für den Umgang mit transgenen Organismen. Es besteht auch keine Pflicht Freilandexperimente hermetisch abgeschirmt von der Umgebung durchzuführen. Damit liegt die Entscheidung über die Freisetzung transgener Organismen letzlich in der Hand der jeweiligen Forschungsgruppen, in Abstimmung mit den Landkreisen in denen die Freilandexperimente durchgeführt werden (Trivedi 2012).

Grundsätzliche Überlegungen
Problemlösungen schaffen manchmal neue Probleme, die ungleich größer sind als die, die es zu beseitigen galt. Auch wohlmeinende Interventionen in Entwicklungsländern können "verschlimmbessern" und damit die Lebensgrundlagen benachteiligter Bevölkerungsgruppen noch stärker gefährden. Die folgenschwerste, durch Menschen verursachte Massenvergiftung ist die Arsenbelastung des Trinkwassers in Bangladesh. Die Logik des Scheiterns hoffungsfroher Interventionen ist in den unterschiedlichsten Bereichen vielfach untersucht und belegt (Tenner 1996, Buchanan 2000, Dörner 2004 u. 2010). Je effektiver die Möglichkeiten von Interventionen mit neuer Technologie werden, desto häufiger wird über völlig unerwartete, unerwünschte Langzeitfolgen berichtet, u.a. auch bei den ebenfalls zur Malariabekämpfung eingesetzten Insektiziden (Overgaard 2007, Chlordécone u.a.).

Fazit
Malaria und Denguefieber sind nicht nur ein medizinische Probleme, sondern in erheblichem Maß die Folge sozialer Verhältnisse und Lebens- und Wohnbedingungen. Würden sich alle Anstrengungen auf die Ausschöpfung der konventionellen Möglichkeiten konzentrieren, z.B. auf die Verbesserung der sozialen Lage betroffener Bevölkerungsgruppen und deren Bildung, einschließlich Wissen um effektive Vorbeugemaßnahmen (imprägnierte Moskitonetze), so ließen sich Malaria und andere Erkrankungen womöglich schneller und dauerhafter eindämmen, als mit dem derzeit zur Verfügung stehenden Instrumentarium der molekularen Biologie.

Quellen:

Links:

 

 

MG, HEF, 24.10.2012



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