Eerste genetische aandrijving bij zoogdieren kan helpen bij het uitroeiingsplan voor Nieuw-Zeeland

Fluorescerende muizen zoals te zien op een archieffoto.

Wetenschappers die samenwerken met een Amerikaanse natuurbeschermingsgroep, zeggen dat ze voor het eerst een evolutie-vervormende technologie hebben ontwikkeld, een gene drive genaamd, bij zoogdieren en deze zouden kunnen gebruiken om invasieve knaagdieren uit te roeien die zeevogels op eilanden verwoesten.

Gene-drive-technologie, tot nu toe alleen aangetoond in insecten en gisten, is een krachtige manier om de overerving van DNA zodanig te beïnvloeden dat wilde dieren genetisch kunnen worden gewijzigd terwijl ze zich voortplanten, onder meer om een ​​populatie-crash te veroorzaken.

Nu zeggen twee wetenschappelijke teams, een in Australië en een in Texas, dat ze de huismuis genetisch hebben gemanipuleerd. muis spier , zodat zijn genoom ook genetische verrassingen herbergt die op wilde populaties kunnen worden losgelaten. De gewijzigde knaagdieren zijn in de afgelopen twee maanden geboren en de resultaten zijn nog voorlopig.

De inspanning om gene drives bij zoogdieren vast te stellen wordt gecoördineerd door: Eilandbehoud , een hardwerkende natuurbeschermingsorganisatie gevestigd in Santa Cruz, Californië, wiens specialiteit het bombarderen van kleine eilanden met rattengif is om bedreigde zeevogels te redden. Het motto is het voorkomen van uitsterven.

Maar gif werkt niet om knaagdieren op grotere of dichtbevolkte eilanden uit te roeien. Daarom denkt de groep dat gene drives de transformatieve technologie kunnen zijn die het mogelijk maakt om zijn campagne uit te breiden naar duizenden andere eilanden die volgens haar besmet zijn. We waren op zoek naar iets echt out-of-the-box, zegt Karl Campbell, een programmadirecteur bij de non-profitorganisatie, die plannen heeft om ongeveer $ 7 miljoen per jaar te besteden om de techniek te versnellen naar een eerste test op een afgelegen eiland omringd door kilometerslange oceaan, als de autoriteiten het toestaan.

Campbell zegt dat ze de creatie van dochterloze muizen nastreven, die vanwege een gene drive alleen mannelijke nakomelingen kunnen krijgen. Het gendervooroordelende effect zou de muispopulaties op een eiland terugdringen, mogelijk tot nul als het effectief blijkt te zijn.

De muizen zijn een vroege glimp van een idee dat synthetische instandhouding wordt genoemd, waarbij genetische manipulatie wordt gezien als een middel om uitgestorven dieren nieuw leven in te blazen, genetische aanvullingen te bieden voor bedreigde diersoorten met ondiepe genenpools, of invasieve plagen die inheemse planten en dieren verwoesten, uit te schakelen.

En knaagdieren staan ​​hoog op de lijst van herrieschoppers. Meegebracht door scheepswrakken of zeelieden, zwermen ze over oceanische eilanden en brengen ze inheemse zeevogels in gevaar. Terwijl ratten het grotere probleem zijn, veroorzaken muizen ook ravage. Op eilanden in de Stille Oceaan zijn muizen gefilmd knagen aan albatroskuikens , die tegen hen weerloos zijn.

De plannen van de groep hebben ecologen echter verdeeld, van wie sommigen een duivels koopje zien in de duizelingwekkende nieuwe macht om de natuur te veranderen. Behoud betekent zorgen voor de natuurlijke wereld, niet opnieuw ontwikkelen, zegt Claire Hope Cummings , een milieuadvocaat die zegt dat ze haar steun voor Island Conservation heeft laten vallen vanwege haar gene-drive-werk.

Zelfs voorstanders van gene-drive-technologie zeggen dat het zorgvuldig moet worden bestudeerd en voorzichtig moet worden ingezet, en zeggen ook dat het misschien niet werkt zoals geadverteerd. Vorig jaar adviseerden de Amerikaanse National Academies een langzame aanpak, waarbij ze opmerkten dat proof of concept in een paar laboratoria niet voldoende is om een ​​beslissing te ondersteunen om gene-drive-organismen in het milieu vrij te geven.

Maar het is moeilijk om het potentieel niet te zien. Nieuw-Zeeland, waarvan de loopvogels dit jaar vanaf de 19e eeuw werden overspoeld door soorten die door westerlingen waren meegebracht bekend gemaakt is van plan om binnen 30 jaar roofdiervrij te worden door honderden miljoenen ratten, buidelratten en wezels te elimineren. Het parlement van het land heeft gezegd dat gene drives de doorbraak kunnen zijn waarmee ze het doel kunnen bereiken.

Geen blokkades? Dat is wat we zouden doen. Dat zou fenomenaal zijn, zegt Campbell over het opruimen van invasieve roofdiersoorten voor de kust van Nieuw-Zeeland. Toen we daar eenmaal doorheen waren, zie ik niet in waarom je niet zou denken aan gebieden op het vasteland zoals sloppenwijken of ecosystemen die ook door ratten zijn binnengevallen, zegt hij.

Dochterloos muizen

Een door de mens gemaakte gene drive werd pas in 2015 voor het eerst gedemonstreerd in fruitvliegen. Binnen een paar maanden was het concept uitgebreid naar muggen, en de technologie wordt nu al als veelbelovend genoeg beschouwd om $ 75 miljoen binnen te halen van Bill Gates, wiens stichting gokt dat het doven van muggen malaria uit Afrika zou kunnen uitroeien.

Het was dus slechts een kwestie van tijd - minder dan twee jaar, zo bleek - voordat de techniek werd aangepast aan zoogdieren.

De twee groepen wetenschappers die hun werk met Island Conservation coördineerden, kwamen overeen om de omvang van hun technische vooruitgang bekend te maken aan MIT Technology Review , daarbij verwijzend naar de noodzaak om krachtige gene-drive-technologie in de open lucht te ontwikkelen in plaats van achter gesloten deuren.

Het is het perfecte moment om de risico's van de technologie te bespreken, zegt Paul Thomas , een muizengeneticus aan de Universiteit van Adelaide, in Zuid-Australië. Of het überhaupt werkt, moeten we nog zien. En het laat niet alleen zien dat het werkt, maar ook hoe efficiënt en stabiel het is.

Thomas zegt dat hij en zijn studenten gene-drive muizen hebben gemaakt met behulp van CRISPR, de krachtige DNA-bewerkingstechnologie. Om dit te doen, hebben Australiërs CRISPR omgevormd tot een egoïstisch gen dat is ontworpen om zichzelf door te geven aan bijna alle nakomelingen van een muis, in plaats van slechts de helft, zoals zou worden verwacht. Om de verspreiding te volgen, hebben ze ook een fluorescerend eiwit bevestigd, zodat muizen die het erven, rood oplichten als je er een zwart licht op schijnt.

Nu critici zich zorgen maken over de mogelijkheid dat een gene-drive-organisme uit het lab kan ontsnappen, zegt Thomas dat zijn lab voorzorgsmaatregelen heeft genomen om een ​​ongeluk te voorkomen, inclusief het ontwerpen van veiligheidsvoorzieningen zodat de drive nog niet kan worden overgedragen op wilde muizen. Toen ik hem in januari sprak, zei Thomas dat hij op het punt stond de eerste set proefdieren te gaan fokken om te bepalen of de aandrijving werkt zoals voorspeld. Deze stap, die over enkele generaties wordt overgedragen, zal enkele maanden in beslag nemen.

Het andere team is gevestigd aan de Texas A&M University en wordt geleid door muizengeneticus David Threadgill , die zegt dat zijn laboratorium dochterloze muizen van de eerste generatie heeft ontwikkeld. Sommige worden nu gefokt om te bepalen of de mannelijke eigenschap wordt doorgegeven aan toekomstige generaties, zoals wordt gehoopt.

In plaats van CRISPR gebruikte het laboratorium van Threadgill een andere strategie, waarbij gebruik werd gemaakt van een natuurlijk voorkomende groep genen die het t-complex wordt genoemd. Dit genetische element slaagt er ook in om zichzelf egoïstisch te verspreiden door sperma dat het niet heeft schade te berokkenen en degenen die het wel hebben te bevoordelen, zodat ze uiteindelijk eieren bevruchten en meer muizenpups maken. Versies van het t-complex zijn al aanwezig in veel wilde muizen.

Om de muizen dochterloos te maken, introduceerde het team van Threadgill een extra aanpassing. Aan het t-complex bevestigden ze een extra kopie van Sry, een gen dat normaal gesproken op het Y-chromosoom zit en dat bepaalt of een zoogdier mannelijk blijkt te zijn. Als de schijf werkt zoals bedoeld - iets dat binnen een paar weken duidelijk zou moeten zijn - zouden meer dan negen op de tien muizenpups Sry kunnen erven en mannelijke geslachtsorganen hebben. De dochterloze knaagdieren, die in voldoende grote aantallen op een eiland worden vrijgelaten, kunnen in de loop van enkele maanden tot een paar jaar resulteren in een muizenpopulatie die bij wijze van spreken bestaat uit Mickey en geen Minnie. Dan zouden de muizen uitsterven.

Ratteneiland

Island Conservation werd opgericht in de jaren negentig en de vroege heldendaden die katten, geiten en zelfs wilde ezels uit Baja California verwijderen, worden beschreven in Ratteneiland , een boekvullend verslag van wereldwijde inspanningen voor het opruimen van eilanden, die inmiddels knaagdieren van 500 eilanden hebben uitgeroeid.

Het nadeel is dat natuurbeschermingsgroepen hebben vertrouwd op brodifacoum, een toxine waarvan wordt gezegd dat het 100 keer zo krachtig is als het rattengif warfarine. Knaagdieren bloeden dood nadat ze het hebben gegeten. Dat geldt ook voor Amerikaanse zeearenden en meeuwen die de pech hebben om de vergiftigde prooi op te eten.

In theorie is een gene drive de perfecte oplossing. Het zou slechts één soort treffen en het is volledig pijnloos. Maar sommige wetenschappers waarschuwen dat de technologie misschien nooit zal werken zoals gepland. Verwende laboratoriummuizen die op een eiland worden gezet, zouden als eerste door een roofvogel worden gegrepen. En vrouwen kunnen de gene drive misschien opsnuiven, bepaalde mannen mijden of er zelfs resistentie tegen ontwikkelen. Ik denk dat er eigenlijk heel veel dingen fout kunnen gaan, zegt Neil Gemmel , een onderzoeker aan de Universiteit van Otago in Nieuw-Zeeland. Als je denkt dat je dingen gewoon gaat vrijgeven en ze gaan voor je uitroeien, dan is dat een grote vergissing.

Island Conservation, dat aanvankelijk zei dat het van plan was om tegen 2020 een offshore-test uit te voeren, heeft zich sindsdien teruggetrokken van die voorspelling, daarbij verwijzend naar open technische en regelgevende vragen.

Dat wil niet zeggen dat Gemmell niet geïnteresseerd is. In 2016 lanceerde de Nieuw-Zeelandse regering formeel Roofdiervrij 2050 - zijn ambitieuze plan om elke rat, buidelrat en wezel over zijn grondgebied van 103.483 vierkante mijl te doden. Programmadocumenten noemen gene drives een realistisch vooruitzicht, en Gemmell maakt deel uit van een commissie die de opties bekijkt.

Het gebruik van een genetische aanval samen met gif en vallen is waarschijnlijk de enige manier om ervoor te zorgen dat de uitroeiing goedkoop en snel plaatsvindt, zegt Gemmell, maar de hindernissen zien er ontmoedigend uit. Zelfs als de aandrijvingen werken bij muizen, heeft nog nooit iemand een opossum of een wezel genetisch gemanipuleerd. En hoe zou een kweekcentrum dat in staat is om duizenden genetisch gemodificeerde buidelratten per week te produceren eruitzien? Bovendien, omdat buidelratten maar één keer per jaar broeden, kan het vele jaren of decennia duren voordat een gene drive zijn dodelijke effect heeft.

Het gebruik van gene drives kan niet verder zonder brede publieke steun. En dat kan moeilijk te winnen zijn, aangezien het natuurbeschermers al verdeelt. Sommige groepen, zoals Friends of the Earth, staan ​​zeer wantrouwend tegenover elke genetische manipulatie en noemen genen een valse oplossing voor het echte probleem van het verlies aan biodiversiteit.

Cummings, de milieuadvocaat die ook de auteur is van een kritisch boek over ggo's, zegt dat ze ook gealarmeerd is door de plannen om vrouwelijke muizen aan te vallen. Alles zonder dochter is een probleem, zegt ze. Het hele concept 'elimineer de vrouw' moet filosofisch en ethisch worden bekeken. Cummings, die naar de argumenten van Island Conservation heeft geluisterd, zegt dat ze tot de conclusie is gekomen dat het redden van zeevogels van ratten wordt gebruikt om deze technologie wit te wassen en morele dekking te geven, terwijl het misschien wel het gevaarlijkste biowapen ter wereld is.

De twee partijen hebben vorig jaar verschillende keren gedebatteerd, meest recentelijk in december, tijdens een bijeenkomst in Cancun over het VN-Verdrag inzake biodiversiteit, waar activisten, waaronder Friends of the Earth en ETC Group, ongeveer 170 maatschappelijke organisaties verzamelden die opriepen tot een moratorium op gene drives. Een brief ondertekend door beroemdheden, waaronder de primatoloog Jane Goodall, waarschuwde dat genocidale genen gevolgen kunnen hebben die ons begrip te boven gaan.

De poging om een ​​verbod af te dwingen mislukte.

zich verstoppen