Ecosystemen raken uit balans wanneer lokale diersoorten wegvallen of invasieve (exotische) soorten de overhand nemen. Zo vormt de toename van het aantal invasieve grijze eekhoorns in het Verenigd Koninkrijk een bedreiging voor de lokale rode eekhoorn populatie. Ook azen ze op kuikens en eieren en beschadigen ze bomen. Een recent onderzoek uit Scientific Reports laat zien dat de zogenaamde Gene Drive technologie een mogelijke oplossing biedt. Deze technologie verandert de bouwstenen van het DNA én zorgt voor verspreiding van deze genetische aanpassingen door een gehele populatie. Door Gene Drives te verspreiden in de grijze eekhoorn populatie die zorgen voor minder nakomelingen, kan deze populatie worden ingedamd. Dit is slechts één voorbeeld van de mogelijke toepassingen van de Gene Drive techniek om de balans in ecosystemen te herstellen. Wat zijn andere toepassingen? En hoe kan het ingrijpen op populatieniveau? Wat zijn de risico’s? En ga jij in de toekomst te maken krijgen met deze techniek?
 Figuur 1 – Grijze eekhoorn in Verenigd Koninkrijk. Bron: pixabay.com Toepassingen van Gene Drives
In het voorbeeld van de grijze eekhoorns hebben onderzoekers van de universiteit Edinburgh de verspreiding van de Gene Drives getest met computermodellen. Nog niet in levende eekhoorns. Andere toepassingen voor het herstellen van ecosystemen zijn gericht op het genetisch aanpassen van bedreigde diersoorten. Bijvoorbeeld van bepaalde kikkersoorten, zodat ze beter weerstand kunnen bieden tegen een bedreigende schimmel.
De meest ingrijpende Gene Drives kunnen in principe een hele populatie uitroeien. Bijvoorbeeld, de invasieve zwarte ratten in Nieuw-Zeeland die een bedreiging vormen voor planten en verschillende diersoorten, zoals slakken, insecten, reptielen en vogels. Of de malariamug die een bedreiging vormt voor Suikervogels in Hawaï, met behulp van een Gene Drive die ervoor zorgt dat er alleen mannelijke muggen worden geboren.
De genoemde voorbeelden zijn theoretische toepassingen, waarvan de daadwerkelijke ontwikkeling waarschijnlijk nog jaren duurt. Wel laten ze de grote mogelijkheden zien van de technologie.
Werking van Gene Drives
Maar hoe werkt die technologie dan? Hiervoor moeten we terug naar de basisprincipes van erfelijkheid. Van ieder gen heb je twee kopieën: één van je vader en één van je moeder. Een Gene Drive is een stukje DNA dat, in het geval van het voorbeeld van de honingbij in figuur 2, codeert voor de kleur grijs. Een honingbij kan genetisch aangepast worden door deze Gene Drive midden in een gen te plakken. Als de Gene Drive wél in de kopie van de vader zit, maar niét in de kopie van de moeder, zal de Gene Drive de ‘normale’, gele kopie van de moeder herkennen en zichzelf daarin kopiëren. De gele kopie wordt dus vernietigd en vervangen door de grijze Gene Drive kopie. Het resultaat: de kopie van de vader én van de moeder bevatten allebei de Gene Drive. Hierdoor zal hun nakomeling uitgroeien tot een grijze honingbij (zie figuur 2).
 Figuur 2 – Werking van Gene Drives Als deze nakomelingen dan in het wild zou paren met een normale gele honingbij, begint hetzelfde verhaal opnieuw. Ook hun nakomelingen bevatten twee Gene Drive kopieën. De kans dat de Gene Drive wordt doorgegeven is dus bijna 100%, van generatie op generatie. Zo is deze techniek in staat om in de loop der tijd een hele populatie aan te passen, ongeacht het evolutionaire voor- of nadeel dat de Gene Drive heeft.
Een nadelige genetische eigenschap zou normaal gesproken uitdoven in de populatie via kruising en selectie, maar niet bij de Gene Drives. Daar wordt bij kruising de normale, ‘goede’ genetische eigenschap vernietigd, vervangen door de evolutionair nadelige Gene Drive én doorgegeven aan de volgende generatie.
Risico’s
Het genetisch aanpassen op populatieniveau voor behoud van ecosystemen brengt ook risico’s voor ecosystemen met zich mee. Bijvoorbeeld, als een invasieve soort wordt uitgeroeid, zouden andere diersoorten weer de overhand kunnen nemen, of hebben andere diersoorten weer minder te eten, waardoor ze op andere dieren gaan jagen. Een ander risico is de snelle verspreiding van Gene Drives. Carina Nieuwenweg, onderzoekster naar Gene Drives in Wageningen University and Research, vergelijkt Gene Drives met een zwangerschap: ‘je bent wel of niet zwanger. Hetzelfde geldt voor hoe wetenschappers naar Gene Drives kijken: ze zijn out there of niet. Als je ze eenmaal vrijlaat in het wild, verspreiden ze heel snel en kunnen ze terecht komen in populaties die je niet wil aanpassen.’
Deze risico’s maken niet iedereen even enthousiast over de techniek. 78 milieuorganisaties pleitten afgelopen zomer voor een verbod op de Gene Drive technologie vanwege zorgen voor verdere afname van biodiversiteit. Ecologen en genetici moeten dus zo goed mogelijk de risico’s die het vrijlaten van Gene Drives met zich mee brengen voor ecosystemen kunnen inschatten en indammen. Nieuwenweg doet onderzoek naar zogenaamde ‘reversible’ drives, genetische elementen die de verspreiding van Gene Drives kunnen tegengaan. Zo kan je de verspreiding controleren, waardoor de risico’s verminderen.
Ethiek
Niet alleen risico’s, maar ook ethische vraagstukken komen naar voren als gevolg van de techniek. Mogen wij als mensen zodanig ingrijpen in de natuur? Zoals Mufasa tegen Simba zei in de Lion King: ‘you must take your place in the Circle of Life’, maar nemen wij niet een te grote plek in als mensen wanneer we de Gene Drive technologie invoeren?
 Figuur 3 – Bron: pixabay.com Toekomst
Op dit moment is het nog alleen toegestaan om Gene Drives te gebruiken in laboratoria, niet om ze daarbuiten vrij te laten. Zullen de Gene Drives ooit losgelaten worden in het wild om belangrijke spelers binnen een ecosysteem te redden? Dit kan nog jaren duren. Volgens Nieuwenweg: ‘Wanneer we (de wetenschap) een goed systeem hebben ontwikkeld om de verspreiding van Gene Drives te controleren, is het zeker een veelbelovende technologie die kan helpen met het beheren van ecosystemen. Maar als mens ben je dan wel het ecosysteem aan het beheren, in plaats van dat je het op zijn beloop laat. Daar moet je je bewust van zijn.’
Een techniek met veel mogelijkheden dus, die Gene Drives. Maar ook een techniek die veel vragen oproept waar we als samenleving over na moeten denken. Wat vind jij van deze techniek? Laat het weten in de comments hieronder! |
