Engineered Gen Laufwerke Verbreitung von Insekten übertragene Krankheit zu kontrollieren

Ein fachübergreifenden Team fordert öffentliche Diskussion über einen möglichen neuen Weg, um langjährige globale ökologische Probleme, die durch Verwendung einer neuen Technologie namens lösen " Gen -Laufwerke. " Der Fortschritt könnte möglicherweise zu mächtige neue Wege zur Bekämpfung führen Malaria und andere Insekten übertragenen Krankheiten , die Bekämpfung invasiver Arten und Förderung einer nachhaltigen Landwirtschaft .


Könnte Gen -Laufwerke verwendet werden, um Mückenpopulationenkeine Malaria übertragen machen ? Ein Team von Wissenschaftlern hat einen Rahmen für einen offenen, gut informierte Gespräch über diese neue Technologie skizziert. Hier eine Anopheles- Mücke stephensi - eine bekannte Malaria- Vektor - erhält eine Blutmahlzeit von einem menschlichen Wirt .
Bildnachweis: Centers for Disease Control and Prevention (CDC)

Stellvertretend für die Wyss Institut für Biologisch inspirierte Engineering an der Harvard University, der Harvard Medical School , Harvard School of Public Health , das Massachusetts Institute of Technology (MIT) , Boston University , das Woodrow Wilson Center, und der Arizona State University , das Team umfasst Wissenschaftler, die in Disziplinen von der Genomtechnik für die öffentliche Gesundheit und Ökologie , aber auch Risiken und Politikanalyse .

Engineered Gen -Laufwerke sind genetische Systeme, die traditionellen Regeln der sexuellen Fortpflanzung zu umgehen und stark erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass der Antrieb an die Nachkommen weitergegeben werden. Dies ermöglicht die Ausbreitung der angegebenen genetischen Veränderungen durch gezielte Wildpopulationen über viele Generationen . Sie stellen ein potentiell mächtiges Werkzeug, um regionale oder globale Herausforderungen , einschließlich der Kontrolle von invasiven Arten und Tilgung von Insekten übertragenen Krankheiten wie Malaria und Dengue-Fieber zu konfrontieren.

Die Idee ist nicht neu, aber die Harvard - Forscher haben nun eine technisch machbare Weg, um Gen -Laufwerke , die möglicherweise könnte fast jede genomische Veränderungen durch Populationen von sexuell fortpflanzenden Arten verteilt bauen skizziert.

"Wir alle verlassen sich auf gesunde Ökosysteme und teilen die Verantwortung, sie für zukünftige Generationen intakt zu halten ", sagte Kevin Esvelt , PhD, Wyss Institut Technology Development Fellow und führen Autor der zwei Arbeiten veröffentlicht in dieser Woche. " Angesichts des breiten Potential von Gen -Laufwerke auf ökologische Probleme zu lösen , hoffen wir , eine transparente , umfassende und informierte öffentliche Diskussion einzuleiten - auch im Voraus über jede Prüfung - gemeinsam entscheiden, wie wir diese Technologie zum Wohle der Menschen und der Umwelt nutzen könnte . "

Im Anschluss an die Diskussion über weit verbreitete Auswirkungen der Technik zu einem NSF geförderten Workshop der Woodrow Wilson Center und MIT in Januar 2014 organisiert das Team schrieb zwei verwandte Papiere. Die erste , in eLife veröffentlicht , beschreibt die vorgeschlagenen technischen Methoden für den Aufbau Gen -Laufwerke in verschiedenen Arten, definiert ihre theoretischen Möglichkeiten und Grenzen , und skizziert mögliche Anwendungen . Die zweite , in Science vorgestellten , bietet eine erste Bewertung der möglichen Umwelt- und Sicherheitseffekte, eine Analyse der gesetzlichen Vorgaben und Empfehlungen an verantwortungsvolle Entwicklung zu gewährleisten und vor Anwendung zu prüfen .

Die neue technische Arbeit in eLife baut auf Untersuchungen von Austin Burt vom Imperial College London , die vor mehr als zehn Jahren , zunächst mit einer Art von Gen -Laufwerk auf Basis modern DNA Populationen verändern vorgeschlagen. Die Autoren merken an , dass die vielseitige Gens Bearbeitungstool namens CRISPR , die von einigen der gleichen Forscher an der Harvard und der Wyss Institut kürzlich mitentwickelt wurde und ermöglicht es, genau einzufügen, zu ersetzen und zu regulieren Gene , ist es inzwischen möglich, Gen erstellen Laufwerke, die auf viele verschiedene Arten zu arbeiten.

"Unser Vorschlag stellt eine potentiell mächtige Ökosystem-Management -Tool für die globale Nachhaltigkeit , aber eine, die mit ihm neue Bedenken trägt , wie in allen neuen Technologie", sagte Wyss KernfakultätsmitgliedGeorge Church , PhD, ein Co-Autor auf beiden Publikationen. Kirche ist auch ein Professor für Genetik an der Harvard Medical School und Professor für Gesundheitswissenschaften und Technik an der Harvard und MIT.

Esvelt beachten, dass die genomischen Veränderungen durch Gen- Laufwerken sollte reversibel sein . Das Team hat in den eLife Veröffentlichung zahlreichen Vorsorgemaßnahmen sollen die sichere und verantwortungsvolle Entwicklung der Gen -Laufwerke, von denen viele mit früheren Technologien nicht möglich zu führen skizziert.

" Wenn die Öffentlichkeit überhaupt betrachtet unter Verwendung eines Gen -Laufwerk, müssen wir geeignete Schutzmaßnahmen zu entwickeln. Die Sicherstellung , dass wir eine ArbeitsplatteUmkehr zur Hand, um schnell zu lösen Sie die vorgeschlagene Änderung würde genomische eine solche Vorsichtsmaßnahme ", sagte er.

Da die Antriebe können Züge nur über Generationen hinweg zu verbreiten , werden sie am effektivsten Arten, die schnell zu reproduzieren oder in großer Zahl veröffentlicht werden. Für Insekten, konnte es nur ein paar Jahre dauern, bis eine gewünschte Änderung in der Bevölkerung insgesamt zu sehen, während langsamere reproduzierenden Organismen würde viel mehr benötigen . Ändern menschlichen Populationen nicht möglich ist , weil es viele Jahrhunderte erfordern .

Gene Antriebe könnte einen mächtigen Schlag gegen Malaria durch Änderung von Mückenpopulationen , so dass sie die Krankheit, die 650.000 Menschen jedes Jahr tötet und krank macht Hunderte von Millionen nicht mehr verbreiten zu schlagen. Sie könnten auch an das lokale Umfeld von invasiven Arten zu befreien oder um den Weg zu nachhaltigeren Landwirtschaft durch Umkehrung Mutationen, die bestimmte Unkrautarten , wie zum Beispiel horseweed lassen , ebnen den Herbiziden , die für die auf nicht bestelltem Land sind zu widerstehen .

Der innovative Charakter des Gen -Laufwerke birgt regulatorische Herausforderungen . " Einfach ausgedrückt, Gen -Laufwerke bequem passen nicht in die bestehenden US- Regeln und internationalen Übereinkommen ", sagte der Politikwissenschaftler Kenneth Oye , PhD, Autor der Science-Artikel und Direktor des MIT -Programm auf Emerging Technologies . "Zum Beispiel, Tier -Anwendungen der Gen- Laufwerke würden von der FDA als Tierarzneimittel geregelt werden. Potenzielle Auswirkungen von Gen- Antriebe über den Zuständigkeitsbereich der Listen von bakterieller und viraler Mittel, die jetzt zu definieren Sicherheitsregime fallen . Wir werden sowohl die Regulierungsreform müssen und öffentliches Engagement , bevor wir sinnvolle Nutzungsmöglichkeiten zu berücksichtigen. Deshalb freuen wir uns darum, das Gespräch auf Gen -Laufwerken gehen früh. "

"Viele verschiedene Gruppen und die interessierte Öffentlichkeit werden müssen zusammen kommen , dass die Gen -Laufwerke entwickelt und verantwortungsvoll genutzt zu gewährleisten ", sagte James P. Collins , PhD, ein Evolutionsökologe an der Arizona State University und Senior-Autor der Science-Artikel . Collins war früher der stellvertretende Direktor für die biologischen Wissenschaften an der National Science Foundation .

" Verstehen, wie Bevölkerung und Ökosysteme werden , um verschiedene Änderungen reagieren und Ansprache potenzieller Sicherheitsprobleme werden nachhaltige multidisziplinäre Arbeit von einem Team von biologischen Ingenieure , Ökologen , Instrumentierung Spezialisten , Sozialwissenschaftler und der Öffentlichkeit erfordern ", sagte Collins . " Die eLife und Wissenschaft Artikel ein Modell für die nächsten Schritte , die ergriffen werden müssen . "