Gene drive: Forskere vil udslette malaria med kontroversiel teknologi
Den revolutionerende 'gene drive'-teknologi gør mennesket i stand til at forandre eller udslette arter. Nu vil forskere bruge den på malarimyggen for at udslette malaria.
Malariamyg malaria udrydde sygdom transgene myg afrika gene-drive crisp-cas9 teknologi økosystem naturen

To af forskerne Chris Bamikole og Andrew Hammond tester det nye ‘gene-drive’ i malariamyg i bægrene. De tæller bl.a. æg og larver fra malariamyg med det nye ‘gene-drive’ og sammenligner med normale malariamyg for at måle, hvor meget det ‘koster’ myggene at have et ‘gene-drive. (Foto: Danica Fabrigar)

To af forskerne Chris Bamikole og Andrew Hammond tester det nye ‘gene-drive’ i malariamyg i bægrene. De tæller bl.a. æg og larver fra malariamyg med det nye ‘gene-drive’ og sammenligner med normale malariamyg for at måle, hvor meget det ‘koster’ myggene at have et ‘gene-drive. (Foto: Danica Fabrigar)

En ny revolutionerende teknologi kaldet 'gene drive' gør for første gang mennesket i stand til at forandre arters evolution, og endda udslette hele populationer af organismer i naturen.

Nu er forskerne tæt på at kunne anvende teknologien på malariamyg og udradere malaria, der hver dag slår 1.000 børn ihjel i Afrika.

Historien kort
  • Gene drive er en revolutionerende gen-teknologi, som på få år kan forandre arters arveanlæg i naturens genetik, og endda helt udrydde dem.
  • Nu har forskere udviklet en metode til at gøre hunmyg sterile, og det kan potentielt fjerne malaria for altid.
  • Her forklarer vi, hvad den nye stærke ‘gene drive’, som også vækker bekymring, handler om.

Perspektiverne vækker både håb og bekymring blandt forskere, og nu sætter Etisk Råd fokus på den kraftfulde teknologi med en debat om gevinster og risici ved menneskets nye evne til 'at lege Gud' over naturen.

Men hvad er 'gene drive', og hvordan er det overhovedet muligt at bruge den til at stoppe malaria?

Begyndte med egoistiske gener

Ideen til gene drive blev oprindeligt foreslået af evolutionsgenetikeren Austin Burt ved Imperial College, London, i 2003. Ideen byggede på naturligt forekommende gener, som kan kopiere sig selv til kromosomer i en celle, og Burt viste, at hvis man kunne isolere det princip, ville man kunne drive et gen hurtigt ud til alle individer i en population af f.eks. myg.

Det er derfor, man kalder det 'gene drive'.

Se livestream om etikken bag gene drive

Etisk Råd, i samarbejde med Forskningens Døgn, gennemgår de dilemmaer, som de nye genteknologier gene drive og CRISPR fører med sig.

Det sker på Roskilde Gymnasium samt via livestreaming på Videnskab.dk, onsdag 26. april 2017 kl. 8.10-10.00.

Her fortæller de medvirkende forskere og etikere om dilemmaet og diskuterer de etiske implikationer, som teknologien rejser, med landets gymnasieelever.

Følg livestreamingen her.

Burt viste, at for insekter som myg, med en kort reproduktionstid på cirka 1 måned, ville man i princippet kunne få et gen spredt ud i hele myggebestanden på blot 1-2 år. (Læs mere om malaria i boksen længere nede.)

Og hvis man kunne give malariamyg et gen, så malaria-parasitten ikke kunne leve inden i dem, ville man altså kunne udrydde malaria i samme tidsrum.

Ikke så lidt af en drøm, når man tænker på, at malaria er en verdens største dræbere, som hvert år smitter mere end 200 millioner mennesker.

Drømmene løb dog ind i en mur af hårde realiteter, for det viste sig, at de oprindelige 'egoistiske' gener langt fra var lette at styre.

LÆS OGSÅ: Hvornår kommer kuren mod malaria?

Crispr baner vejen

Men så i 2012 kom den nye revolutionerende CRISPR-Cas9-teknologi og åbnede en ny dør.

CRISPR-Cas9 er kort fortalt en gen-saks, der gør det utroligt nemt at klippe og klistre i arvematerialet og skrive dele af DNA'et om, eller endda indsætte nye gener.

Læs mere om processen i boksen under artiklen.

LÆS OGSÅ: Sådan fungerer CRISPR

Malariamyg malaria udrydde sygdom afrika gene-drive crisp-cas9 teknologi økosystem naturen

En voksen malariamyg, Anopheles gambiae, er netop klækket fra larvestadiet og hviler på vandoverfladen, inden den letter for første gang. (Foto: Andrew Hammond)

Laver sterile hun-myg

Med det nye gennembrud har genetikeren Andrew Hammond ved Imperial College og kolleger fundet en smart måde at bruge 'gene drivet' til at gøre malariamyggehunnerne sterile.

Malaria

Malaria skyldes fire forskellige parasitter, hvor den farligste hedder Plasmodium falciparum.

Fælles for parasitterne er, at de overføres til mennesker via myggestik.

Der findes mere end 3.500 forskellige myggearter i verden, men det er kun en håndfuld, som parasitterne bruger.

I Afrika står tre nært beslægtede malariamyg, og specielt arten Anopheles gambiae, bag omkring 95 procent af alle malaria tilfælde.

Det nye gene drive er rettet mod Anopheles gambiae, og ifølge forskerne vil det være ret enkelt at lave specifikke 'gene drives' til hver af de andre myggearter.

De har skabt en såkaldt transgen malariamyg, altså, en malariamyg, som indeholder kunstigt overført genetisk materiale fra en anden art. Denne myg kan virke som en 'undercover agent' ved at bære et CRISPR-Cas9 'gene drive', der målrettet ødelægger det gen, som er afgørende, for at mygge-æg kan udvikles normalt.

Genet kaldes 'nudel' og er kendt fra bananfluer (hvor det oprindeligt fik sit navn, fordi mutationer i genet gav uudklækkede embryoner, der mindede forskerne om små krøllede pastaskruer.)

LÆS OGSÅ: Steriliserede myg kan bekæmpe malaria

Derfor er 'nudel’-genet smart

Der er flere smarte aspekter med nudel-genet:

  1. For det første er genet, hvad genetikere kalder recessivt – det vil sige, at man kan klare sig med én fungerende kopi (fra enten far eller mor).
  2. For det andet er genet kun aktivt i hunnens kropsceller rundt om æggene, hvor det lægger et signal ind i æggene, som styrer embryonaludviklingen.

Nudel-genet har ikke andre funktioner i kroppen og det udnytter forskerne ret elegant.

Sådan vil forskerne udrydde malaria

Ved at sætte CRISPR-Cas9 systemet ind bag en kontrolboks (en promotor kaldet Vasa), som kun er aktiv i stamcellerne til kønscellerne, kan forskerne sikre, at kun kønscellerne får ødelagt deres nudel-gen mens hun-myggene stadig er fertile.

Det betyder, at en hun-myg, som har fået CRISPR-Cas9 'gene drivet' med et kromosom fra sin ene forælder, stadig vil bære én normal kopi i alle sine kropsceller og derfor kan lægge levedygtige æg.

Kun i køns-stamcellerne tænder Vasa-kontakten for CRISPR-Cas9 reaktionen, så CRISPR-koden kopieres ind på begge kromosomer, og begge kopier af nudel-genet ødelægges.

»Vi finder, at reaktionen sker i 99,6 procent af kønscellerne - så praktisk taget alt afkommet bærer 'gene drivet,« siger Andrew Hammond.

LÆS OGSÅ: Danske forskere er langt fremme med malariavaccine

Malariamyg malaria udrydde sygdom transgene myg afrika gene-drive crisp-cas9 teknologi økosystem naturen

Andrew Hammond og kollegerne Chrysanthi Taxiarchi og Dario Meacci er ved at klargøre ‘gene-drive'-DNA i laboratoriet til at mikro-injecere i mygge-embryoner. På den måde kan man være heldig at få myggene til at optage DNA’et, og vupti, sådan laver man en transgen myg. (Foto: Danica Fabrigar)

Myggebestanden vil til sidst kollapse

Sat ud i naturen vil de genmodificerede malariamyg i begyndelsen parre sig med normale malariamyg, så alt afkommet vil være fertilt og samtidig give 'gene drivet' videre til næste generation.

Den proces vil gentages igen og igen, indtil 'gene drivet' er så udbredt blandt myggene, at de modificerede myg begynder at parre sig med hinanden.

Og så bliver det interessant, for nu vil afkommet blive født med to ødelagte kopier af nudel-genet, så hunnerne vil være sterile, og det vil få myggebestanden til at kollapse.

Hannerne, som i øvrigt ikke stikker - det gør kun hunnerne - vil fortsat kunne sprede 'gene drivet'. Det betyder, at de kan parre sig med flere, og på den måde bliver 'gene drivet' hurtigere udbredt i bestanden. Dermed medvirker det til, at myggepopulationen hurtigere dør, fordi der ikke er nogle myg tilbage til at sprede parasitterne. 

LÆS OGSÅ: Ny malaria-parasit afsløret

Offentlig accept er største udfordring

Det er i hvert fald teorien, og forskernes seneste resultater giver store forhåbninger.

»Den største hurdle er ikke, om vi kan lave teknologien, men om der vil være offentligt accept af regulering af teknologien. Vi kan have det helt færdigt i løbet af 2-3 år,« siger Andrew Hammond.

Italienske forskere er allerede ved at teste effekten i store bure, og i Burkina Faso er non-profit forskningskonsortiet Target Malaria i fuld gang med at sondere mulighederne for at udsætte genmodificerede malariamyg og få tilladelse på sigt.

LÆS OGSÅ: Filosof: Vi bør udvikle risikabel genteknologi

Malariamyg malaria udrydde sygdom afrika gene-drive crisp-cas9 teknologi økosystem naturen

Molekylærbiologen Tony Nolan inspicerer transgene malariamyg i hver af de små kuber, hvor hannernes ’sex-appeal’ testes over for vilde malariamyg. Når myggene engang skal sættes ud i naturen, er det selvfølgelig afgørende, at de transgene laboratoriemyg ikke er blevet ‘fede dovne hanmyg’, men er fitte og klar til at kæmpe sig til en mage. (Foto: Andrew Hammond)

Tests og overvågning skal sikre økosystemet

Der er en lang række tests undervejs for at sikre, at 'gene drivet' vil virke efter hensigten og være effektivt nok til at brede sig til hele myggebestanden og ikke blive en fuser.

Lige fra det lavpraktiske omkring, at laboratoriemyggene skal kunne klare sig i den vilde natur med vind, regn og blæst, samt, lidt morsomt, at han-myggene skal have sex-appeal nok til at konkurrere om mager. Og til det mere alvorlige om, at der skal etableres metoder lokalt til at følge udbredelsen og overvåge, om der kommer en negativ effekt på økosystemet, hvis en myggeart udryddes.

Hammond forventer dog ikke en effekt, bl.a. fordi malariamyg allerede er blevet udryddet flere steder i verden, f.eks. Italien, uden nogen betydning for økosystemet.

LÆS OGSÅ: Malariamyg er vilde med øldrikkere

Stor bekymring for at rode med naturen

Men den store bekymring er alligevel, om der vil ske noget uforudsigeligt i naturen.

Agatudsen - en invasiv art

Agatudsen, også kaldet sukkerørstudsen, er en stor, robust tudse, ja faktisk én af verdens største. Den kan blive op til 24 cm lang og veje godt 2 kg – og lidt til.

Australierne indførte selv agatudserne fra Sydamerika i 1935 for at bekæmpe biller i deres sukkerørsplantager. I løbet af ganske få år havde agatudsen fået etableret sig en stor, stabil og fortsat voksende bestand. Agatudensen er dog nærmest altædende, hvilket har haft en alvorlig indvirkning på biodiversiteten i Australien.

I dag anses agatudsen derfor som et invasivt skadedyr i mange lande.

Kilde: Regnskoven.dk

»Det er et meget vanskeligt spørgsmål at svare på. Men vi har en lang række af skræk-eksempler, når mennesker roder med arter - f.eks. agatudsen i Australien (se faktaboks, red.),« siger professor Tom Gilbert ved Statens Naturhistoriske Museum, Københavns Universitet.

»Den store trussel kan være, at presset på parasitten for at finde en ny vært blot stiger, så den skifter vært, og så kan vi muligvis stå med et endnu værre problem.«

Man ved allerede, at parasitten kan udvikle resistens, og med 'gene drivet' vil man lægge et voldsomt selektionstryk på den for at finde en alternativ vej.

»Vi ved ikke, om parasitten sammen med en anden myggeart kan overtage nichen, og så bliver spørgsmålet, hvor mange myggearter der i virkeligheden skal fjernes?,« siger lektor Thomas Lavstsen fra Institut for Immunologi og Mikrobiologi ved Københavns Universitet.

LÆS OGSÅ: Derfor beskytter blodtype O dig mod malaria

Ville være »meget stor udfordring for parasitten«

Andrew Hammond anerkender bekymringerne, men peger på, at 'gene drivet' vil spredes i løbet af blot et par år, og at det har taget meget lang tid for parasitten at udvikle et par mutationer i et par gener, som giver den modstandsdygtighed mod kemiske midler.

»De ændringer er meget simple sammenlignet med at skulle tilpasse sig en ny art. Så, jeg mener, det vil være en meget stor udfordring for parasitten at klare sådan et evolutionært hop på så kort tid,« siger Andrew Hammond.

LÆS OGSÅ: Papir, velcro og snor er de nyeste våben mod malaria

Malaria er en dræber

'Gene drive'-teknologien kommer samtidig med, at de sidste ti års indsatser med vaccineudvikling, uddeling af imprægnerede myggenet, sprøjtning med insektmidler og bedre overvågning og behandling faktisk har nedbragt malaria.

»Man har set mindre og mindre malaria hen over de sidste 10 år, men skal man være ærlig, ved vi ikke præcist hvorfor,« siger seniorforsker Michael Theisen, som arbejder med at udvikle en malariavaccine på Statens Serum Institut.

»Vi har ikke ændret grundlæggende på, at malaria er der, og der kan ske noget, så den hurtigt kommer tilbage. Derfor må man nok sige, at hvis man kan finde på noget andet (end de nuværende indsatser, red.), som var langtidsholdbart, så ville det være utroligt godt. Om et 'gene drive' er svaret kan jeg dog ikke sige.«

I sidste ende står man over for den virkelighed, at malaria koster flere hundrede tusinde mennesker livet hvert år, og myggene endda potentielt kan brede sig med globale klimaforandringer.

Dér kan det være mere end svært at argumentere imod at prøve teknologien af.

Bør vi bruge gene drives? Det kontroversielle spørgsmål bliver endevendt, når Videnskab.dk onsdag 26. april 2017 fra 8.10-10  livestreamer fra Roskilde Gymnasium, hvor forskere og etikere diskuterer de etiske implikationer bag gene drive og CRISPR med landets gymnasieelever. Følg livestreamingen her.

CRISPR-Cas9 og gene drive

Hemmeligheden bag er et naturligt gen fra mælkesyrebakterier, en guide-sekvens (der viser, hvor 'gen-saksen', skal klippe) og en skabelon på det redigerede DNA-stykke (der viser cellens apparat, og hvordan DNA skal repareres), som tilsammen kan få cellens eget maskineri til at skrive DNA'et om, præcis der og sådan forskerne ønsker det.

Der gik ikke længe, før en smart biolog, Kevin Esvelt ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, USA, indså, hvordan CRISPR-Cas9 kunne gøres til et genialt 'gene-drive' simpelthen ved at lade systemet bruge sin egen DNA-kode som skabelon.

På den måde vil CRISPR-Cas9 kunne kopiere sig selv fra ét kromosom til et andet, præcis der hvor forskerne vil have det.

LÆS OGSÅ: Milepæl for CRISPR-genredigering: Første menneskeforsøg

Bille Gates ind i kampen mod malaria

Der er allerede et væld af forskellige 'gene-drive' strategier (og ikke kun for malariamyg), men sidste år offentliggjorde forskere ved Imperial College et gennembrud så stort, at verdens rigeste mand, grundlæggeren af Microsoft, Bill Gates, meldte ud, at teknologien kan bruges til at udrydde malaria allerede om to år.

Gates store fond, The Bill and Melinda Gates Foundation, støtter forskningen gennem projektet Target Malaria og fordoblede samtidig donationen til 75 millioner dollar (rundt regnet en halv milliard kroner).

LÆS OGSÅ: Dolly 20 år senere - kloning afløst af CRISPR og stamceller

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.