Um Malaria und die Moskitos, die die Krankheit verbreiten, zu bekämpfen, hat die Menschheit Sümpfe trockengelegt, Häuser mit Insektiziden geflutet, sich mit giftigen Insektenschutzmitteln eingeschmiert, sich nachts in Moskitonetzen versteckt und Gin Tonic erfunden, um das bittere Chinin gegen Malaria schmackhafter zu machen. Und in der Zeitschrift Nature wurde kürzlich eine Studie veröffentlicht, deren Autoren Moskitos als ihre eigene Waffe gegen Parasiten einsetzen würden.

Das Team verwendete eine genetische Veränderung, um Moskitos zu schaffen, die gegen die Malaria verursachenden Parasiten resistent sind, indem sie eine Genvariante einpflanzten, die in einigen Insekten natürlich vorkommt. Mit einem gentechnischen Trick, dem so genannten "Gene Drive" oder "Gene Campaign", sorgten sie dafür, dass sich die Genvariante in den Moskito-Populationen im Labor schneller verbreitete.

Die Forscher mahnen jedoch zur Vorsicht, da die Strategie noch nicht für Feldversuche geeignet ist. Die Experimente sind jedoch elegant angelegt, gut etabliert und liefern in der Tat hervorragende Beweise für das Prinzip, dass natürliche Varianten von Moskito-Genen in eine Population eingeführt werden können, sagt Tony Nolan, ein funktioneller Genetiker an der Liverpool School of Tropical Medicine, der nicht an der Forschung beteiligt war.

Unkonventionelle Vererbung

Trotz Verbesserungen bei der Vorbeugung und Behandlung sterben an Malaria, die durch Parasiten der Gattung Plasmodium verursacht wird, immer noch etwa 600 000 Menschen pro Jahr. Seit mehr als einem Jahrzehnt versuchen Forscher, Moskitos genetisch zu verändern, um ihre Population zu reduzieren oder sie zu weniger günstigen Wirten für die Parasiten zu machen. So hat eine Gruppe beispielsweise Moskitos geschaffen, die Antikörper von Mäusen produzieren, um die Entwicklung der Parasiten zu hemmen. Solche Ansätze sind jedoch mit technischen Problemen verbunden. Zum einen müssen die Forscher sicherstellen, dass ihre genetischen Eingriffe nicht zu einer Schwächung der Mückenarten führen, die bei einer Freisetzung in der freien Natur schnell aussterben würden.

Um das Problem zu lösen, wendeten die Experten eine Gene-Drive-Methode an, die mit den normalen Regeln der Vererbung bricht. Normalerweise gibt eine Stechmücke ihre eigene Version eines Gens an 50 % ihrer Nachkommen weiter. Die Gene-Drive-Methode, bei der häufig ein Gen-Editor zum Einsatz kommt, erhöht jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Allel an die nächste Generation weitergegeben wird, so dass die Häufigkeit einer Genvariante in einer Population schnell ansteigen kann. Der Ansatz ist jedoch umstritten, unter anderem weil er zu irreversiblen Veränderungen bei einer Art führen kann, die unvorhergesehene Auswirkungen auf die Ökosysteme haben können. Bislang haben die Forscher die Methode noch nicht in der Natur getestet.

In der neuen Forschungsarbeit versuchte ein Team unter der Leitung des Genetikers Ethan Bier von der Universität San Diego und des Molekularentomologen und Mikrobiologen George Dimopoulos von der Johns Hopkins University, malariaresistente Moskitos zu schaffen, indem es ein Merkmal der Insektenbiologie ausnutzte.

Frühere Forschungen haben ergeben, dass Mücken, die diese Proteinvariante produzieren, die sich nur um eine Aminosäure von der Standardform von FREP1 unterscheidet, schlechte Wirte für Malariaparasiten sind. Da das antiparasitäre FREP1 auch natürlicherweise in einem kleinen Teil der Mücken vorkommt, ist es unwahrscheinlich, dass eine Genveränderung bei anderen Mücken die Insekten schwächt, so die Forscher.

Natürliche Abwehr

Das Team implantierte das alternative FREP1-Gen in Mitglieder einer anderen Mückenart, A. stephensi, die der Hauptüberträger der Malaria in Asien ist und sich bereits nach Afrika ausgebreitet hat. Anschließend wurden Innenkäfige aufgestellt, in denen diese Mücken mit einer Kontrollgruppe, die die Standardversion von FREP1 trug, um das Überleben und die Fortpflanzung konkurrieren mussten. Die parasitenresistenten Stechmücken konnten sich behaupten. Nach zehn Generationen blieb die Häufigkeit der resistenten Variante des FREP1-Gens in der Population weitgehend unverändert, was darauf schließen lässt, dass die veränderten Insekten gesund waren und eine normale Fruchtbarkeit aufwiesen.

Als die Forscher die modifizierten Moskitos mit menschlichem Blut fütterten, das mit P. falciparummal, der tödlichsten Malariaparasitenart, infiziert war, stellten sie fest, dass die Insekten weit weniger Parasiten in ihren Eingeweiden und Speicheldrüsen hatten als die Kontrollmücken. Sie waren auch gegen eine andere Plasmodium Art resistent, die Nagetiere infiziert. Diese Entdeckung ist wichtig, weil sie darauf hindeutet, dass ein Ansatz, der auf FREP1 abzielt, gegen mehrere Parasiten, die Malaria verursachen, wirksam sein könnte, sagt Dimopoulos.

Um die Ausbreitung der resistenten FREP1-Variante zu beschleunigen, schleusten die Forscher als Nächstes einen Gentreiber in die Moskitos ein. Die veränderten Insekten produzierten die Gen-Editing-Komponenten von CRISPR/Cas9, die das Standard-FREP1-Gen in ihren Zellen schnitten. Wenn eine Zelle versucht, den Bruch zu reparieren, fügt der Reparaturmechanismus ein Stück DNA ein, um eine parasitenresistente Variante von FREP1 zu schaffen. Mücken, in deren Zellen dieser Austausch stattfindet, geben das alternative FREP1-Gen an alle ihre Nachkommen weiter, nicht nur an die Hälfte von ihnen.

In Experimenten im Labor konnte sich die FREP1-Variante auf diese Weise viel schneller verbreiten als bei der natürlichen Vererbung.

"Wir erwarten nicht, dass dies das Allheilmittel für Malaria ist", sagt Dimopoulos über die Strategie, aber die Methode könnte für eine nachhaltige Malariakontrolle wichtig sein. Laut Bier besteht ein Vorteil der Lösung darin, dass die Forscher die DNA-Fragmente, die den Gentrieb erzeugen, maßschneidern und so ihre Verbreitung in der Natur und die Dauer ihrer Existenz begrenzen können. "Dies könnte eine ganz neue Ebene der Kontrolle über das System bieten", sagt er.

Wenn eine alternative Form von FREP1 den Parasitenbefall in natürlichen Moskitopopulationen so stark reduzieren könnte wie die experimentellen Ergebnisse, würde dies die Ausbreitung von Malaria erheblich beeinflussen, meint Jackson Champer, ein Genetiker an der Universität Peking, der nicht an der Studie beteiligt war. "Die Autoren verwenden den Gene Drive als feines Skalpell, das nur minimale Veränderungen bewirkt", fügt Nikolai Windbichler, Genetiker am Imperial College London, hinzu.

Die Forscher sind sich jedoch einig, dass der Ansatz noch viel Arbeit erfordert. "Die große Frage ist, ob der Parasit eine Resistenz gegen diesen Mechanismus entwickeln kann", sagt Luke Alphey, Genetiker an der University of York. Er sagt, dass die Forscher solche Fragen beantworten müssen, bevor eine neue Methode zur Malariabekämpfung in der Praxis getestet werden kann.