Gen-drivere

Gen-drivere gir oss for første gang muligheten til å spre genetiske endringer i store populasjoner av ville planter og dyr, og dermed overstyre de evolusjonsmessige begrensningene som naturen har satt. Teknologien utfordrer både etablerte risikovurderingsprinsipper og regelverk, og reiser svært vanskelige etiske problemstillinger.

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 i en celle, kan føre til at det oppstår mutasjoner i arvestoffet. De aller fleste mutasjoner har enten ingen effekt, eller har 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 de 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 sine gener fra to ulike foreldre er med på å bidra til genetisk variasjon i en bestand.

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

Gen-drivere 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 selve genredigeringssystemet inn i arvestoffet sammen med den ønskede genvarianten kan man gjøre det om til en gen-driver, fordi «saksen» også kutter tilsvarende gen på kromosomet som er arvet fra den andre forelderen. Dermed vil alle versjonene av genet være av den ønskede varianten, og alle avkom i neste generasjon vil arve den. Og slik fortsetter kjedereaksjonen: genredigeringssystemet 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 systemet 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 manifesterer seg i populasjonen. Gen-drivere basert på genredigeringsteknologi ­gjør det derfor i teorien mulig å for første gang modifisere genene i så godt som alle dyrene i en vill populasjon.

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

Figur som viser hvordan gen-drivere fungerer
I 2015 ble det publisert fire studier som viste at CRISPR-baserte gen-drivere i prinsippet fungerer i laboratoriet: én i gjærceller, én i bananfluer og to i mygg. Spesielt de to siste fikk mye oppmerksomhet, fordi studiene hadde til hensikt å utvikle metoder for å bekjempe malaria.

 

Eksempler på foreslått bruk av gen-drivere:

·       Bekjempelse av sykdommer som spres av mygg

Mygg er bærer av en rekke alvorlige sykdommer, som for eksempel malaria, dengue-feber, gulfeber og zika. Spesielt malaria er et 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 parasitten Plasmodium. Hovedvektoren er myggen Anopheles gambiae, men malaria kan også spres av andre arter i Anopheles-slekten.

Forskere ønsker å lage gen-drivere som kan hindre spredningen av malaria. Det arbeides både med å lage mygg som er resistente mot parasitten, og mygg som gir sterile hunner og derfor over tid vil utslette populasjonen.

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

·       Utrydde skadedyr for å bevare andre arter

Omtrent 40 prosent av verdens utryddingstruede arter er hjemmehørende på øyer. En av hovedårsakene til at de er truet, er invasive 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 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 arter.

Både forskere og interesseorganisasjoner ønsker å utvikle gen-drivere i mus og rotter for å utrydde dem fra øyene, for eksempel en som gjør at det bare fødes hanner, og som derfor vil utslette populasjonen over tid.

·       Spre gunstige genetiske varianter for bevaring av arter

Noen har foreslått å bruke gen-drivere direkte på utryddingstruede arter for å gjøre dem mer genetisk robuste. Blant annet er den tasmanske djevelen (rovpungdyr) nå utryddingstruet grunnet en epidemi av ansiktskreft. Nylig har det blitt oppdaget noen få individer i populasjonen som er naturlig resistente mot ansiktskreften, og enkelte har foreslått å spre genvarianten som gir resistens til de andre individene ved hjelp av en gen-driver.

·       Landbruk

Det finnes mange potensielle bruksområder for gen-drivere 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 avlinger mye raskere enn man får til med tradisjonell oppformering.

 

Konsekvenser for miljøet?

Utviklingen av gen-driver-teknologien går raskt, men det er enda ikke gjort studier av hvordan de vil kunne påvirke økologi, populasjonsdynamikk og evolusjon dersom de settes ut i naturen. Det er mange komplekse faktorer som vil spille inn i, 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 gen-driver kan få store konsekvenser for miljøet dersom den brukes på en nøkkelart med viktige roller i et økosystem, mens den vil ha mindre påvirkning dersom den brukes på en invasiv art som ikke er naturlig hjemmehørende der den settes ut. Utfallet av å sette ut en gen-driver vil også avhenge av hvordan arten og dens sub-populasjoner er fordelt geografisk. Dersom en populasjon er geografisk isolert, vil genflyten, og dermed også effekten av gen-driveren, kunne være begrenset. 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 gen-driveren kan spres til andre arter. Dette kan teoretisk skje dersom det forekommer formering på tvers av artsgrenser.

 

Kontrollmekanismer

Fordi gen-drivere er laget for å spres til store populasjoner, og fordi konsekvensene av å sette en gen-driver ut i naturen kan være store og uforutsigbare, arbeides det med å utvikle kontrollmekanismer for å begrense spredningen av gen-drivere. Ett forslag er at man må ha klar for hånden en ekstra gen-driver som kan reversere den første, altså å endre genet tilbake til den originale versjonen, som et slags «genetisk viskelær». Men det er høyst usikkert om dette vil være tilstrekkelig for å motvirke effektene av den originale gen-driveren ute i naturen. Et annet system som har blitt lansert er såkalte daisy-drives, der gen-driveren 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 programmer for naturforvaltning og folkehelse verden over, og det tas i bruk en rekke virkemidler for å oppnå målsettingene. Eksempler er sprøyting eller bruk av gift mot skadedyr eller sykdomsbærende organismer, vaksinering av befolkninger eller dyrebestander, utsetting av nye arter i lokale økosystemer for å holde bestanden av andre organismer nede, eller 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 gen-driver 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. Det vil også kunne være mer i tråd med prinsipper om dyrevelferd, siden det ikke innebærer lidelse for organismene. Spørsmålet er hvordan en nytte/risiko-vurdering av en gen-driver stiller seg sammenlignet med alternative strategier i den enkelte sak.

 

Misbruk og utilsiktet utslipp

Noen er bekymret for at gen-drivere skal misbrukes. Et eksempel er bruk i krigføring, for eksempel ved å ødelegge avlingene til motparten. Et annet eksempel er bioterror, der man for eksempel kan prøve å bruke gen-drivere 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 dem. Det er også en risiko for at enkelte vil kunne utvikle og ta i bruk gen-drivere som i utgangspunktet er for gode formål, men utenfor myndighetenes kontroll, og som kan få uønskede konsekvenser. Et annet bekymringspunkt er utilsiktede utslipp av gen-drivere fra forskningslaboratorier. Teknologien er derfor på radaren hos en rekke politiske organer og forsvarsorganisasjoner.

 

Regulering

Gen-drivere innebærer innsetting av genmateriale i en organismes arvestoff ved hjelp av genteknologi, og vil derfor omfattes av eksisterende nasjonale GMO-regelverk, inkludert den norske genteknologiloven. Men siden gen-drivere 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 gen-driver krysser landegrenser. Det betyr at man behøver internasjonale bestemmelser for bruk av gen-drivere. Det er uenighet om de eksisterende internasjonale avtalene, slik som Cartagena-protokollen, er egnet for regulering av gen-drivere. Problemstillingen diskuteres derfor i mange internasjonale fora.

 

Etikk

Gen-drivere 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 gen-drivere. Selv om vi til alle tider har påvirket den genetiske sammensetningen i organismer ved hjelp av tradisjonell avl og foredling, introduserer gen-drivere noe radikalt nytt, med potensielt omfattende konsekvenser. Kjernen i argumentet er at vi må respektere naturen.

På den annen side kan man argumentere for at det er bedre å bruke gen-drivere for å fase ut en populasjon over tid enn å ta livet av individene direkte, for eksempel ved bruk av gift. Enkelte mener gen-drivere dessuten kan være et nyttig verktøy for å reversere noe av skaden vi har påført kloden vår. Mot dette kan man innvende at det ikke er riktig å bruke teknologi til å fikse et problem som i utgangspunktet er generert av teknologi, for eksempel ved bruk av gen-drivere 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 har en slik ubetinget verdi, da det oppfattes som positivt å utrydde organismer som sykdomsfremkallende bakterier og virus.

Gen-drivere, kanskje mer enn noen annen teknologi, stiller oss overfor utfordringen om hvordan 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 vi moralske forpliktelser som tilsier at vi i minst mulig grad skal foreta irreversible endringer i naturen – fordi den har egenverdi og/eller av hensyn til framtidige generasjoner. Hva veier i så fall tyngst der ett av hensynene må vike?

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 få begrenset eller endog ingen gevinst, men bærer en risiko for uønskede økologiske effekter. Bør man, fra et etisk perspektiv, 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? Er det akseptabelt med inngrep som til en viss grad svekker en bærekraftig utvikling, dersom det samtidig utrydder en alvorlig sykdom?

 

Mye debatt

Forskningen på gen-drivere 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 gen-driveren som skal utrydde malariamyggen, og håper å ha teknologien ferdig utviklet innen 2018, med påfølgende godkjenning om bruk innen 2029.

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

Siden ble opprettet: 19.04.2017. Siden ble oppdatert: 24.08.2017

© 2017 Bioteknologirådet. | Design: Tank - Utviklet av: Spekter