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Ist tödlicher Sex die Zukunft der synthetischen Biologie?

Anna Schughart 24.01.2018

Pflanzen, die Medikamente produzieren, das Ende von Malaria – die synthetische Biologie birgt viele Möglichkeiten. Doch bevor man gentechnisch veränderte Lebewesen in die Wildnis entlassen kann, muss man verhindern, dass sie sich dort mit ihren unveränderten Gegenstücken paaren. Löst Sex mit tödlichen Folgen das Problem?

Eigentlich wollte Maciej Maselko eine Pflanze züchten, die Medikamente herstellt. Es gibt zwar schon Pflanzen, die bestimmte Wirkstoffe zum Beispiel für die Krebstherapie produzieren, allerdings tun sie das in geringen Mengen. Das macht sie teuer. Um die Preise zu senken, wollte Maselko deshalb die entscheidenden Gene in eine Pflanze transferieren, die sich in großen Mengen anbauen lässt, wie Mais oder Soja. Doch dabei stieß er auf ein Problem: Wie sollte er verhindern, dass sich die beiden – gentechnisch veränderte und wilde – Pflanzen vermischen?

Die Frage stellt sich nicht nur bei Pflanzen, sondern bei allen gentechnisch veränderten Lebewesen, die in der freien Natur leben sollen. Denn wenn sich beispielsweise eine gentechnisch veränderte Fliege mit ihrem wilden Gegenstück fortpflanzt, entstehen Mischlinge. Hybride, die nicht mehr kontrolliert werden können. Wissenschaftler wollen deshalb verhindern, dass sich mutierte Gene einfach in einer wilden Population breitmachen.

Maselko, der an der University of Minnesota arbeitet, verschob also seinen Fokus – und glaubt mittlerweile eine Lösung für das Problem gefunden zu haben. Sie nennt sich „synthetic incompability“. Dahinter verbirgt sich eine gentechnisch erzeugte Unvereinbarkeit von „synthetischen“ und „wilden“ Lebewesen der gleichen Art. Oder einfach gesagt: Maselko hat dafür gesorgt, dass ihre gemeinsamen Nachkommen nicht überleben.

Mit Hilfe von CRSIPR stellte Maselko eine„synthetische“ Hefe her. Die ist „in jedem Aspekt identisch mit der wilden Population, aber eben nicht mit ihr kompatibel“. Das liegt an einem raffinierten Mechanismus, der aus zwei Teilen besteht: Eine Modifikation sorgt dafür, dass die Hefezelle ein bestimmtes Cas9-Protein produziert. Dieses Cas9-Protein schneidet keine DNA, stattdessen kann es Gene aktivieren. Dazu macht es sich auf die Suche nach einer bestimmten DNA-Sequenz, einem sogenannten Promoter, der der Startpunkt für die Expression eines Gens ist. Genau diesen Abschnitt haben Maselko und seine Kollegen aber ebenfalls verändert. In den synthetischen Hefen sucht das Cas9-Protein deshalb vergebens – die Hefezellen „sind vollkommen glücklich“, sagt Maselko.

Die Zelle zerstört sich selbst

Das ändert sich, wenn eine synthetische und eine wilde Hefezelle Nachkommen zeugen. Dann nämlich trifft eine Kopie der „normalen“, nicht veränderten Promotor-Sequenz auf die suchenden Cas9-Proteine und plötzlich wird das Gen über-exprimiert. Im Fall der Hefe stellt die Zelle so viel von einem bestimmten Protein her, dass sie stirbt. Sie platzt einfach.

Das Grundprinzip der Technologie würde bei jedem Lebewesen in etwa gleich funktionieren. Sie kann aber auch an den jeweiligen Organismus angepasst werden. Wenn man zum Beispiel mit Hilfe der „synthetic incompability“ Moskitos bekämpfen wollte, dann würde man dazu synthetische männliche Fliegen züchten. Wenn die sich in der Natur mit weiblichen Fliegen fortpflanzen, kann man zum Beispiel verhindern, dass aus den Eiern Larven schlüpfen. „Wir können dann bestimmen, in welchem Entwicklungsstadium wir den tödlichen Mechanismus triggern“, sagt Maselko.

Maselko glaubt, dass die Bekämpfung von Schädlingen eines der ersten und wichtigsten Anwendungsgebiete für seine Technologie sein wird. „Bei vielen Insekten pflanzt sich das Weibchen nur einmal im Leben fort“, erklärt er. Wenn es dabei auf ein gentechnisch verändertes Männchen trifft, hat es Pech gehabt.

Maselko weiß aber auch, dass viele Menschen – und gerade Umweltschützer – gentechnisch veränderten Lebewesen skeptisch gegenüberstehen. „Aber wenn wir diese Technologien nutzen würden, müssten wir viel weniger chemische Insektizide einsetzen, die auch erwünschte Insekten töten“, sagt er. Die „synthetic incompability“ wirke im Vergleich sehr spezifisch.

Doch auch von Befürwortern kommen Bedenken: Die gentechnisch veränderten Lebewesen könnten möglicherweise nicht fit genug sein, um in der Wildnis zu überleben und überhaupt erst zu versuchen, sich fortzupflanzen. Tatsächlich hat Maselko genau das bei Experimenten mit Fliegen beobachtet. „Das trifft aber auf alle gentechnisch veränderten Lebewesen zu, die fremde Proteine produzieren“, sagt er. Deshalb soll das Cas9-Protein nur in ganz bestimmten Lebensstadien produziert werden. Erste Experimente zeigen, dass das funktionieren könnte: „Die Fliegen, bei denen wir das ausprobiert haben, scheinen in Ordnung zu sein.“ Der Prozess müsse aber noch optimiert werden.

Neben der Bekämpfung von Schädlingen soll die „synthetic incompability“ natürlich auch verhindern, dass sich gentechnisch veränderte und wilde Pflanzen und Tiere vermischen. Erst dann nämlich könne man das Potenzial der synthetischen Biologie nutzen, sagt Maselko. „Und das würde uns dann wirklich erlauben, Pflanzen zu züchten, die Medikamente produzieren.“