Malaria mit dem „Gene Drive“ bekämpfen? Wissenschaftliche Einführung

Verbreitung von Malaria Malaria: Infektionskrankheit, heute hauptsächlich in den Tropen und Subtropen verbreitet Quelle: S. Jähnichen, DTG unter CC-BY-SA. https://de.wikipedia.org/wiki/Malaria#/media/File:Malaria_distribution_(de).png

Krankheitslast durch Malaria 200 Mio. jedes Jahr bei Kindern < 5 J. häufiger tödlich 200 Millionen infiziert, 2010 etwa 1,2 Millionen Todefälle, Kleinkinder sind besonders gefährdet. Symptome: hohes Fieber, Schüttelfrost, Magen-Darm Beschwerden, Blutarmut

Lebenszyklus des Malariaerregers Zwischenwirt: infizierter Mensch Endwirt: Mücke Parasiten (Plasmodien) vermehren sich ungeschlechtlich in Leber und Blut Parasiten pflanzen sich geschlechtlich fort Erreger: einzellige Parasiten der Gattung Plasmodium Mücke überträgt mit Speichel Sporozoiten. Parasiten befallen die Leber, teilen sich dort, wandern in die Blutbahn, dringen in die roten Blutkörperchen ein, wächst, Blutkörperchen platzt, Verteilung der Parasiten im Blutplasma, warten auf „Taxi“

Strategien gegen Malaria Bekämpfung der Mücken Trockenlegung stehendes Wasser Einsatz von Insektiziden Behandlung Resistenz gegen Medikamente Vorbeugung Insektenschutz Keine Schutz-impfung Malaria kann mit Medikamente behandelt werden. Doch die Parasiten werden zunehmend resistent (insb. Südostasien). Da es keine Schutzimpfung gibt, ist Insektenschutz für die Vorbeugung sehr wichtig. Bekämpfung der Malariamücken durch Insektiziden und das Trockenlegung von stehenden Gewässer sind auch wichtige Maßnahmen.

Bekämpfung der Anopheles-Mücke Population deutlich senken bzw. ausrotten Zwei Möglichkeiten zur Bekämfung

Bekämpfung der Anopheles-Mücke Population deutlich senken bzw. ausrotten resistent gegen den Krankheits-erreger machen

Bekämpfung der Anopheles-Mücke Population deutlich senken bzw. ausrotten resistent gegen den Krankheits-erreger machen Beide könnten durch den Gene Drive erreicht werden CRISPR-Cas Gene Drive

Prinzip der Vererbung Mücken haben zwei Kopien ihrer Chromosomen: eine vom Vater, eine von der Mutter

Prinzip der Vererbung „Genotypen“ homozygot heterozygot homozygot

Heterozygote Vererbung Vererbung der Genveränderung nach Mendelschen Regeln unveränderte Mücke Mücke mit Genveränderung

Homozygote Vererbung Vererbung der Genveränderung nach Mendelschen Regeln unveränderte Mücke Mücke mit Genveränderung

Vererbung mit Gene Drive: 1. Generation homozygot mit Gene Drive Vererbung der Genveränderung nach Mendelschen Regeln unveränderte Mücke Mücke mit Genveränderung

Vererbung mit Gene Drive: 2. Generation homozygot mit Gene Drive Vererbung der Genveränderung nach Mendelschen Regeln unveränderte Mücke Mücke mit Genveränderung

Vererbung mit Gene Drive: 3. Generation homozygot mit Gene Drive Vererbung nicht nach Mendelsche Regeln Vererbung der Genveränderung nach Mendelschen Regeln Alle Nachkommen erben die Genveränderung unveränderte Mücke Mücke mit Genveränderung

Was ist CRISPR-Cas? Eine Methode zur Genomchirurgie, die eine zielgerichtete Veränderung der Erbinformation (DNA) zur Folge hat. ZIEL

CRISPR-Cas CRISPR-Cas findet das Ziel in der DNA. Leit-RNA Cas Protein = Endonuclease = „Schere“ Leit-RNA = „Sucher“

CRISPR-Cas CRISPR-Cas bindet ans Ziel und schneidet die DNA. ZI- -EL Leit-RNA

CRISPR-Cas Eine Lücke entsteht. Das Reparaturmechanismus füllt die Lücke: Entweder werden die DNA-Enden zusammengefügt oder es wird ein Stück DNA eingefügt. ZI- -EL Reparatur fügt DNA-Sequenz ein Lücke entsteht Leit-RNA Cas „Wunsch“-gen

CRISPR-Cas Am Ende ist die Wunsch-Sequenz am Ziel angekommen. Leit-RNA „Wunsch“-Gen ZI- -EL

Gene Drive Nur ein Chromosom trägt die Information für den Gene Drive. ZIEL Leit-RNA Cas ZI- -EL „Wunsch“-gen

Gene Drive Die Cas-Genschere und Leit-RNA werden produziert. ZIEL „Wunsch“-gen

Gene Drive Die Leit-RNA findet die Ziel-Sequenz und die Cas-Genschere schneidet sie. ZI- -EL Cas Leit-RNA Leit-RNA Cas ZI- -EL „Wunsch“-gen

Gene Drive Der natürliche Reparaturmechanismus der Zelle repariert den Schnitt. Er kopiert den Gene Drive vom Schwester-Chromosom in die Lücke. ZI- -EL Leit-RNA Cas ZI- -EL „Wunsch“-gen

Gene Drive Am Ende tragen beide Chromosomen den Gene Drive. ZI- -EL Leit-RNA Cas „Wunsch“-gen Leit-RNA Cas ZI- -EL „Wunsch“-gen

Gene Drive – mögliche Wirkungen Population deutlich senken resistent gegen Krankheitserreger machen „Geschlechts-umwandlung“ → nur Männchen oder höhere Anfälligkeit gegen Insektizide tödliches Gen Übertragung des Malariaerregers blockieren

Geschichte des Gene Drive Jahr Ereignis 2003 Gedankenexperiment „Gene Drive“ veröffentlicht 2012 Entdeckung der CRISPR-Cas-Methode als steuerbare Genschere für die Molekularbiologie 2014 Konzept: CRISPR-Cas als Antrieb eines Gene Drive 2015 Erste Untersuchungen des Gene Drive im Labor an Fruchtfliegen sowie Malariamücken 2018 Bericht der Afrikanischen Union zum Potenzial des Gene Drive; noch kein Einsatz im Freiland

Danksagung Bilder von „The Noun Project“ Wissenschaftliche Beratung Globus, Pille von Aleksandr Vektor Mensch, Baby von Adrien Coquet Mosquito, Schere, Spritze von Edward Boatman Rote Blutkörperchen von Tahir Gorkem Chromosom von Jason Rowley Sumpf von Nikita Kozin Spray von Hea Poh Lin Netz von W.X. Chee Bett von Gregor Cresnar Dr. Michael Strehle Roswitha Aumann Laura Maria Heinisch Dr. Robert Ranisch Ein Projekt von: