Gendrivare – räddare eller fiende? - Partikular Ungdomstidning

Gendrivare är DNA-segment som möjliggör biologiskt ingenjörsskap på en ekosystemelig skala. De bryter mot Mendels ärftlighetslagar, vilka säger att egenskaper ärvs slumpmässigt, och gör det därmed möjligt för en egenskap att snabbt spridas vidare till en hel population. Fenomenet har länge varit känt, men ny teknik gör det nu möjligt för oss människor att använda det för att artificiellt göra bestående förändringar i arter. Detta gör att vi ställs inför en rad etiska frågor, vilka vi behöver kunskap om tekniken för att kunna ta ställning till.

Hur fungerar egentligen gendrivare? Vilka möjligheter finns det med tekniken? Och vilka är riskerna?

De flesta arter har två versioner av varje gen, alleler, vilket innebär att en viss allel kommer ärvas vidare till ungefär hälften av en individs avkomma. Detta fastslogs av genetikens fader Gregor Mendel redan på 1800-talet. Men vad han inte visste var att det i många organismer finns gener som inte ärvs slumpmässigt. Dessa DNA-sekvenser är kända som gendrivare, eller själviska gener, och de kan få en mutation, en allel, eller till och med en helt ny gen att snabbt få spridning i en population, oavsett om egenskapen är negativ för arten eller inte.

Det själviska DNA:t kan använda sig av flera olika mekanismer för att ärvas vidare till en oproportionerligt stor del av avkomman. Ett exempel är så kallade transposoner; gener med egenskapen att kunna förflytta sig inom det genom de befinner sig i. Dessa hoppande gener, som de i folkmun kallas, delas in i två olika grupper. Klass l transposoner kopierar sig själva och infogar sedan kopian på ett nytt ställe i genomet (copy-and-paste), medan klass ll transposoner klipper ut sig själva och flyttar till ett nytt ställe utan att genen även behålls på den ursprungliga platsen (cut-and-paste).

En annan vanlig gendrivande mekanism är känd som meiotiskt tryck. Det är en process som pågår under meiosen, då könsceller bildas, och ökar chansen att en egenskap förs vidare genom att göra allelen som kodar för egenskapen överrepresenterad bland de funktionella könscellerna. Exempelvis kan vissa kromosomer med själviska gener kontrollera sin rörelse under bildningen av äggceller och försäkra sig om att de hamnar i just det ägg som har chansen att befruktas. Meiotiskt tryck kan även utövas genom att den själviska allelen är giftig för den andra genvarianten och att könscellerna innehållande allelen utan gendrivare således slås ut under meiosen.

Vid nedärvning med en gendrivare, som visas till höger, kommer en egenskap sprida sig till nära 100% av avkomman, till skillnad från vanlig nedärvning som på den vänstra bilden. Bild: Marius Walter, 2017-09-25. Bilden har beskurits. https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gene_Drive.png

Att gendrivare kan användas för att förändra arter kom forskare fram till redan under 1960-talet, men bristen på teknik satte stopp för försök att genomföra detta i praktiken. Genredigering hade ännu inte uppfunnits vilket innebar att man, för att förändra en arts egenskaper, skulle behöva använda sig av avel för att få fram tillräckligt många individer med ett gendrivande system på exakt rätt gen.

Förutsättningarna förändrades helt 2012 när gensaxen CRISPR-Cas9 gjorde entré. CRISPR revolutionerade genredigeringen genom att göra den mer tillförlitlig, snabb och precis. Detta gjorde det möjligt att tillverka artificiella gendrivare bestående av gensaxen samt den gen man vill föra vidare. Om en individ har två olika alleler för samma gen, den är så kallat heterozygot för anlaget, klipper CRISPR bort den oönskade genvarianten och ersätter den med en kopia av den allel som ingår i gendrivaren. Organismen får då likadana alleler för genen, den blir homozygot för anlaget, och således kommer alla könsceller bära på den allel som ingår i gendrivaren. Genvarianten, inklusive dess gendrivande system, ärvs även vidare i kommande generationer.

Tekniken har dock sina begränsningar. Den fungerar endast på arter som förökar sig sexuellt och kan alltså ej användas på bakterier och virus. Gendrivare är dessutom endast effektiva på arter med korta generationstider eftersom gener endast ärvs vid varje ny generation. Bland människor skulle det ta århundraden för en gendrivare att få effekt och under den tiden skulle vi, om vi ville, troligtvis kunna utveckla ett gendrivande system som stoppar förändringen.

Myggor är med sina korta generationstider som klippta och skurna för att gendrivare snabbt ska få stor effekt. Här finns potential att använda tekniken för att utrota malaria. Sjukdomen har under det tjugoförsta århundradet dödat fler personer än både första och andra världskriget, Vietnamkriget samt Koreakriget tillsammans, men det finns lovande resultat som talar för att vi ska kunna sätta stopp för tragedin. I labbmiljö har forskare med hjälp av gendrivare framgångsrikt lyckats göra individer av Anopheles stephensi, en av de främsta arterna av malariamygga, resistenta mot sjukdomen.

Myggburna sjukdomar har länge varit ett allvarligt problem i stora delar av världen.

Det finns dock risk att populationer i det vilda med tiden kommer utveckla resistens mot gendrivaren och det diskuteras därför att istället använda de själviska generna för att helt utrota malariamyggor. Detta kan göras genom att designa en gendrivare som endast gör att det föds myggor av ett visst kön så att populationer tillslut kollapsar eftersom det inte finns någon att para sig med. Det skulle inte röra sig om att utrota alla myggor. Av de runt 3000 myggarter som finns är det endast ca 30 som sprider malaria, och forskare tror att det skulle räcka att utrota tre av dem för att få stopp på spridningen av sjukdomen.

Ytterligare användningsområden för gendrivare är att utrota enstaka populationer av invasiva arter på platser där de stör ekosystemen, samt skapa ett mer hållbart jordbruk genom att minska resistensen mot pesticider bland insekter och ogräs.

Trots de fantastiska möjligheter som gendrivare innebär är tekniken ett tveeggat svärd, och vi får inte blunda för de enorma risker som den också utgör. Det är svårt att förutse den myriad av sätt som exempelvis malariamyggor interagerar med sin omgivning på och vilka konsekvenser deras försvinnande kan komma att få för olika ekosystem. Försvinnandet, eller mindre förändringar, av en art kan skapa kedjeeffekter som leder till minskad biodiversitet och kollapsade ekosystem.

Vidare är det svårt att reglera gendrivares spridning om de genredigerade arterna släpps ut i det fria. Det är möjligt att själviska gener som används för att utrota en enstaka population av en invasiv art sprids till en population på en plats där arten är inhemsk. Detta skulle kunna resultera i att hela arten dör ut. Risken för okontrollerad spridning finns dessutom inte bara inom arter, utan även mellan. Så kallat genflöde kan uppkomma när närbesläktade arter korsas och egenskapen som gendrivaren kodar för kan då spridas till andra arter än den ursprungligen var ämnad för.

Forskning på gendrivare kan i sig utgöra en risk eftersom organismer som av misstag släpps ut ur laboratoriet kan få okontrollerad spridning i naturen. För att förebygga sådana scenarion undersöks möjligheten att skapa gendrivare som ebbar ut efter några generationer.

Frågetecknen kring gendrivare har alltså gått från att vara huruvida det är praktiskt möjligt att använda dem, till att handla om ifall vi faktiskt bör använda dem, och i så fall på vilket sätt. Riskerna med att använda gendrivare måste vägas mot riskerna med att inte använda dem och exempelvis låta malaria fortlöpa. Det är viktigt att beslutsfattanden om tekniken och hur den ska regleras sker på en internationell nivå eftersom exempelvis myggor med gendrivare inte bryr sig om landsgränser och därför har potential att påverka hela världen. Utöver detta bör utvecklingen ske i samförstånd mellan forskare på gendrivare, ekologer, bioetiker, politiker och givetvis allmänheten. Med en större förståelse för tekniken kan du vara med och delta i debatten och forma framtiden.

Källor som användes i den här artikeln