Gendrivere

Gendrivere gir oss for første gang muligheten til å spre genetiske endringer i store populasjoner av ville planter og dyr. Blant annet ønsker forskere å bruke gendrivere til å utrydde malariamyggen. Teknologien utfordrer både etablerte metoder for å vurdere risiko og eksisterende regelverk og reiser svært vanskelige etiske problemstillinger.

Utsletting av sykdomsbærende mygg og skadelige smågnagere, bevaring av utrydningstruede arter som korall og raskere tilpasning av planter som dyrkes i landbruket er noe av det forskere ser for seg at gen-drivere kan brukes til. I mange tilfeller er gevinstene åpenbare. Men hva er konsekvensene av å overstyre evolusjonen og påvirke store økosystemer? Hvordan regulerer man bruken av en slik teknologi, når spredningen av en gendriver ikke tar hensyn til landegrenser? Med gendrivere blir både mulighetene og utfordringene enorme.(Les artikkel i Genialt 2019-01).

 

 

Hvordan fungerer en gendriver?

Genetisk variasjon i en populasjon styres i hovedsak av to prinsipper: tilfeldig mutasjon og naturlig seleksjon. Ulike mekanismer, både ytre faktorer som stråling og miljøgifter og normale prosesser ien celle, kan føre til at det oppstår mutasjoner i arvestoffet. De aller fleste mutasjoner har enten ingen effekt eller negative konsekvenser for organismen, og vil som regel forsvinne ut av populasjonen over tid. Dersom en mutasjon derimot gir organismen et konkurransefortrinn, er det sannsynlig at den over tid kan øke i forekomst ved at avkommene som arver den klarer seg bedre og får flere levedyktige etterkommere enn dem som ikke får den. Dette kalles naturlig seleksjon.

Hvor raskt en egenskap sprer seg i en populasjon, er likevel begrenset av at en organisme kun bidrar med halvparten av det genetiske materialet til sitt avkom – såkalt mendelsk arv (figur 1 – øverst). At enhver organisme får genene sine fra to ulike foreldre, er med på å bidra til genetisk variasjon i en bestand.

Gendrivere er en teknologi som kan overstyre de normale arvelovene fordi den øker sannsynligheten for at en genvariant går i arv fra forelder til avkom til over 50 prosent. Slik kan mutasjoner som ikke gir noen konkurransefordel til organismen likevel spres i en populasjon, og mye raskere enn under normale betingelser.

Gendrivere har blitt muliggjort av genredigeringsteknologien CRISPR. Metoden, en slags molekylær «saks», gjør det mulig å lage målrettede endringer i arvestoffet i alle celletyper i alle levende organismer (se temaside om genredigering). Ved å sette hele CRISPR-systemet inn i arvestoffet sammen med den ønskede genvarianten, vil «saksen» også kutte tilsvarende gen på kromosomet som er arvet fra den andre forelderen. Dermed vil begge versjonene av genet være av den ønskede varianten, og vil arves av alle avkom i neste generasjon. Og slik fortsetter kjedereaksjonen som en uendelig rekke med dominobrikker som velter: CRISPR-systemet arves sammen med den ønskede genvarianten og konverterer så tilsvarende gen på det andre kromosomet, og går i arv til alle avkom i neste generasjon (figur 1 – nederst). I praksis innebærer dette systemet, kalt en gendriver, at man overstyrer begge prinsippene for genetisk variasjon i en populasjon; mutasjoner kan målrettes, og er derfor ikke tilfeldige, og naturlig seleksjon er ikke lenger en avgjørende faktor for om en egenskap kan øke i frekvens i populasjonen. Gendrivere basert på genredigeringsteknologi ¬gjør det derfor i teorien mulig for første gang å modifisere genene i så godt som alle individene i en vill populasjon.

CRISPR-baserte gendrivere kan imidlertid kun brukes i organismer som reproduserer seg seksuelt. Dette utelukker mikroorganismer som bakterier og virus, men omfatter de fleste planter og dyr.

 

Eksempler på foreslått bruk av gendrivere:

Bekjempelse av sykdommer som spres av mygg

Årlig blir om lag 200 millioner mennesker smittet av malaria. Er gendriver en løsning eller er risikoen for stor? Foto: iStock.

Mygg er bærere av mikroorganismer som kan gi en rekke alvorlige sykdommer, som malaria, dengue-feber, gulfeber og zikafeber. Spesielt malaria er ett av verdens største folkehelseproblemer. I 2015 ble over 200 millioner mennesker smittet, og rundt 500 000 døde, de fleste barn under fem år. Sykdommen forårsakes av parasitter i slekten Plasmodium. Hovedvektoren er myggen Anopheles gambiae, men malaria kan også spres av andre arter i Anopheles-slekten.

Forskere ønsker å lage gendrivere som kan hindre spredningen av malaria. Særlig har det vist seg effektivt å bruke teknologien til å lage sterile hunnmygg, som over tid fører til at en populasjon utslettes. Dette har vist seg å fungere svært godt både i laboratoriet, og i forsøk i større skala i lukkede bur.

Andre forskere jobber med å utvikle gendrivere for myggarter tilhørende Aedes-slekten, spesielt Aedes aegypti, som er hovedvektoren for spredning av dengue-feber, gulfeber og zikafeber.

Utrydde skadedyr for å bevare andre arter

Omtrent 40 prosent av verdens utryddingstruede arter er hjemmehørende på øyer. En av hovedårs

New Zealand vurderer å ta i bruk gendrivere for å bli kvitt rotter som ikke naturlig hører hjemme i landet. Foto: iStock

akene til at de er truet, er gnagere (mus og rotter) som har kommet over med skip. Det gjøres en rekke tiltak for å utrydde gnagerne fra øyene, primært ved bruk av rottegift. Effektiviteten av denne strategien er imidlertid begrenset, siden det ikke er mulig å bruke store mengder gift i tett befolkede områder. I tillegg kan giften også skade andre dyrearter.

Både forskere og interesseorganisasjoner ønsker å utvikle gendrivere i mus og rotter for å utrydde dem fra øyene. Ett eksempel er en gendriver som gjør at det bare fødes hanner, og som derfor vil utslette populasjonen over tid. New Zealand, som har som mål å bli kvitt alle fremmede rovdyr og invasive gnagere innen 2050, vurderer å bruke gendrivere som en del av strategien.

Landbruk

Det finnes flere potensielle bruksområder for gendrivere i landbruket. Ett forslag er å bruke dem til å reversere sprøytemiddelresistens i ugress og insekter, eller til å utrydde slike skadegjørere. Et annet er å spre ønskede egenskaper i kulturplanter mye raskere enn man får til med tradisjonelle metoder.

 

 

Konsekvenser for miljøet?

Utviklingen av gendriver-teknologien går raskt, men det er ennå ikke gjort studier av hvordan de vil kunne påvirke økologi, populasjonsdynamikk og evolusjon dersom gendrivere settes ut i naturen. Det er mange komplekse faktorer som vil spille inn, og disse vil variere avhengig av blant annet art, hvilken genetisk egenskap som endres, geografi og interaksjoner i økosystemet. For eksempel vil det kunne antas at en gendriver kan få store konsekvenser for miljøet dersom den brukes på en nøkkelart med viktige roller i et økosystem, mens den vil ha mindre påvirkning brukt på en invasiv art som ikke er naturlig hjemmehørende der den settes ut. Utfallet av å sette ut en gendriver vil også avhenge av hvordan arten og dens sub-populasjoner er fordelt geografisk. Dersom en populasjon er geografisk isolert, vil effekten av gendriveren kunne være begrenset fordi disse individene ikke formerer seg utenfor populasjonen. Andre relevante faktorer er hvorvidt det finnes andre arter som vil fylle den økologiske nisjen som åpnes, og hvorvidt dette vil medføre positive eller negative konsekvenser for helse og miljø. Et betydelig bekymringspunkt er om gendriveren kan spres til andre arter. Dette kan teoretisk skje dersom det forekommer formering på tvers av artsgrenser.

 

 

Kontrollmekanismer

Fordi gendrivere er laget for å spres til store populasjoner, og fordi konsekvensene av å sette en gendriver ut i naturen kan være store og uforutsigbare, arbeides det med å utvikle kontrollmekanismer for å begrense spredningen av gendrivere. Ett forslag er at man må ha klar en ekstra gendriver som kan reversere den første, med andre ord endre genet tilbake til den originale versjonen (som et «genetisk viskelær»). Men det er høyst usikkert om dette i realiteten vil være tilstrekkelig for å motvirke effektene av den originale gendriveren ute i naturen. Et annet system som har blitt lansert er såkalte «daisy-drives», der gendriveren stanser etter et visst antall generasjoner fordi den er designet til å miste deler for hver gang den kopieres. Et tredje forslag er at man bør bevare originale eksemplarer av den arten som skal endres, slik at de kan settes ut igjen på nytt hvis noe går galt.

 

 

Et reelt alternativ?

Det finnes mange naturforvaltnings- og folkehelseprogrammer verden over, og det tas i bruk en rekke virkemidler for å oppnå ulike målsettinger. Eksempler er sprøyting eller bruk av gift mot skadedyr, sykdomsbærende organismer eller ugress, vaksinering av befolkninger eller dyrebestander, utsetting av nye arter i lokale økosystemer for å holde bestanden av andre organismer nede, eller opprettelse av naturreservater og andre tiltak for å beskytte truede arter.

Ingen av disse strategiene er risikofrie. Både sprøytemidler og rottegift kan være skadelige for helse og miljø. I tillegg kan effektiviteten være begrenset. En gendriver som gjør at det bare fødes hanner, kan være en mer effektiv og mindre risikofylt metode å utrydde rottepopulasjoner på enn å sette ut rottegift på hele øyer. Metoden vil også kunne være mer i tråd med prinsipper om dyrevelferd, siden den ikke innebærer lidelse for organismene. For å finne hvilke metoder som er best egnet for formålet, må man i hvert enkelt tilfelle vurdere nytte og risiko opp mot hverandre.

 

 

Misbruk og utilsiktede utslipp

Bruk av gendrivere vil i mange tilfeller krysse landegrensene. Derfor trengs det internasjonale bestemmelser. Foto: iStock.

Det er bekymring for at gendrivere skal misbrukes. Ett eksempel er bruk i krigføring, for eksempel ved å ødelegge avlingene til motparten. Et annet eksempel er bioterror, der gendrivere kan tenkes brukt til å gjøre mygg eller andre organismer som livnærer seg på mennesker mer egnet til å spre sykdom, eller til å sette inn giftgener i insektene. Det er også en risiko for at enkelte vil kunne utvikle og ta i bruk gendrivere som i utgangspunktet er for gode formål, men utenfor myndighetenes kontroll, og som kan få uønskede konsekvenser.

Et annet bekymringspunkt er utilsiktede utslipp av gendrivere fra forskningslaboratorier. Teknologien er derfor på radaren hos en rekke politiske organer og forsvarsorganisasjoner, og det er satt i gang egne forskningsprogrammer for å utvikle mottiltak for slike hendelser.

 

 

Regulering

Gendrivere innebærer innsetting av genmateriale i arvestoffet til en organisme ved hjelp av genteknologi, og vil derfor omfattes av de fleste eksisterende nasjonale regelverk for genmodifiserte organismer, GMO, inkludert den norske genteknologiloven. Men siden gendrivere er laget for å spre seg til store populasjoner over store geografiske områder, byr de på spesielle utfordringer fordi det i mange tilfeller vil være sannsynlig at en gendriver krysser landegrenser. Det betyr at man behøver internasjonale bestemmelser for bruk av gendrivere. Det er uenighet om de eksisterende internasjonale avtalene, slik som Cartagena-protokollen som regulerer transport og handel med GMO, er egnet for å regulere gendrivere. Problemstillingen diskuteres derfor i mange internasjonale fora.

 

 

Etikk

Gendrivere kan gi oss en rekke nye muligheter til å løse eller begrense vesentlige helsemessige og økologiske problemer. Vi kan derfor i utgangspunktet ha en moralsk plikt til å utvikle denne teknologien. På den annen side er det også flere utfordringer med teknologien, som kan reise spørsmål om det er forsvarlig, både vitenskapelig, politisk og etisk, å ta den i bruk.
Ett av argumentene er at det kan være uakseptabelt å overstyre evolusjonen og de naturlige betingelsene så direkte og fundamentalt som med gendrivere. Selv om vi til alle tider har påvirket den genetiske sammensetningen i organismer ved hjelp av tradisjonell avl og foredling, introduserer gendrivere noe radikalt nytt, med potensielt omfattende konsekvenser for natur og miljø. Kjernen i argumentet er at vi må respektere naturen.

På den annen side kan man argumentere for at det er bedre å bruke gendrivere for å fase ut en populasjon over tid enn å ta livet av individene direkte, for eksempel ved bruk av gift. Enkelte mener gendrivere dessuten kan være nyttige for å reversere noe av skaden vi har påført kloden vår. Mot dette kan man imidlertid innvende at det ikke er riktig å bruke teknologi til å fikse et problem som i utgangspunktet er generert av teknologi, for eksempel bruk av gendrivere for å reversere sprøytemiddelresistens i ugress.

Noen argumenterer med at arter har en iboende verdi, uavhengig av om de har nytte for mennesker eller ei, og at det derfor er prinsipielt uetisk å utrydde en art. Mot dette hevdes det at arter ikke nødvendigvis har en slik ubetinget verdi, da de fleste vil oppfatte det som positivt å utrydde organismer som sykdomsfremkallende bakterier og virus ved hjelp av for eksempel medisiner, vaksiner eller antiseptiske midler.

Gendrivere, kanskje mer enn noen annen teknologi, stiller oss overfor utfordringen om hvordan potensiell nytte for mennesket skal veies mot risiko for naturen, siden bruken kan få store konsekvenser for begge. Denne konflikten gjenspeiles i to motstridende miljøetiske tilnærminger: Er naturen primært en ressurskilde som vi fritt kan benytte for våre egne formål? Eller har naturen egenverdi slik at vi av hensyn til fremtidige generasjoner er moralsk forpliktet til i minst mulig grad foreta irreversible endringer i naturen? Der ett av hensynene må vike, hva veier i så fall tyngst?

Konsekvensene av å ikke ta i bruk et middel som potensielt kan redusere forekomsten av sykdommer vesentlig, vil kunne være store. For befolkningen i tropiske og sub-tropiske strøk vil gevinsten ved å hindre spredningen av malaria være betydelig, og de vil med god grunn kunne ønske å bruke teknologien. Andre vil derimot kunne få begrenset eller endog ingen gevinst av et slikt tiltak som vil kunne innebære risiko for uønskede økologiske effekter. Diskusjonen går derfor om man på den ene siden, fra et etisk perspektiv, bør være villig til å akseptere en viss risiko for å gagne dem som er utsatt for en livstruende sykdom, og som i mange tilfeller er mer sårbare og med færre ressurser tilgjengelige. Men er det akseptabelt med inngrep som kan få ukjente konsekvenser for økosystemet dersom det samtidig utrydder en alvorlig sykdom?

 

 

Mye debatt

Forskningen på gendrivere er i rask utvikling, og mange er optimistiske med tanke på muligheten for å ta i bruk teknologien. Blant annet har flere av forskningsprosjektene mottatt betydelig støtte fra både offentlige og private aktører. For eksempel har Bill & Melinda Gates Foundation gitt 75 millioner dollar til forskerne som utvikler gendriveren som skal utrydde malariamyggen. Håpet er at de skal få godkjenning om bruk rundt år 2030 når omfattende forskning og testing har blitt gjennomført, og etter omfattende dialog med myndigheter og lokalbefolkningen i de berørte områdene.

Noen mener at potensialet ved gendrivere er så betydelig at det rettferdiggjør videre forskning, både i laboratoriet og i feltforsøk. Andre mener at gendrivere medfører så stor usikkerhet og uforutsigbare konsekvenser for økosystemene at det ikke kan rettferdiggjøres å ta dem i bruk. Debatten om gendrivere vil bli viktig i årene som kommer.

 

 

Spørsmål til diskusjon:

• Synes du gevinsten ved å eliminere malaria oppveier risikoen og usikkerheten ved å utrydde malariamyggen?

• Er naturen primært en ressurskilde som vi kan benytte til egen gevinst, eller bør vi søke å ivareta natur og biologisk mangfold i størst mulig grad?

• Blir avveiningen annerledes dersom gendrivere brukes for å bevare naturen?

• Er det etisk forsvarlig å overstyre evolusjonen direkte, slik man gjør med gendrivere?

• Er det etisk forsvarlig å motsette seg forskning på en teknologi som potensielt kan løse problemer knyttet til folkehelse og naturbevaring?

 

Innholdet på denne siden ble siste oppdatert i mars 2019.

Send oss en epost hvis du har spørsmål eller kommentarer til innholdet.

Siden ble opprettet: 26.03.2019. Siden ble oppdatert: 10.04.2019

© 2019 Bioteknologirådet. | Design: Tank - Utviklet av: Spekter