Gendrivare

Med en gendrivare i genomet kan en viss DNA-sekvens, till exempel en allel, snabbt sprida sig i en population. Därmed sprids också en egenskap. Gendrivare har hittills bara testats i laboratoriemiljö.

Vad är en gendrivare?

Enligt Mendels ärftlighetslagar kommer en viss allel att ärvas av 50 procent av avkomman, men vissa delar av DNA:t ärvs av avkomman oftare än normalt. De följer inte Mendels lagar och sprider sig snabbt i en population även i de fall egenskapen som sprids inte är till någon fördel för organismen. DNA-sekvenserna kopierar sig själva till andra delar av genomet och kallas ibland själviska gener. Forskare har inspirerats av de själviska generna och idén om att det skulle kunna användas för att kontrollera sjukdomsbärande insekter föreslogs redan 2003. När gensaxen CRISPR/Cas9 utvecklades tog forskningen om gendrivare fart. Det visade sig nämligen att CRISPR/Cas9-systemet är som klippt och skuret att fungera som gendrivare.

Med en gendrivare i arvsmassan sprids en viss allel, en mutation eller en helt ny gen snabbt i en population. Finns till exempel en viss allel bara på den ena kromosomen i ett kromosompar ser gendrivaren till att den finns på båda. Gendrivaren ser alltså till att allelen finns i homozygot form i varje generation. Det har därför ingen betydelse vilken spermie eller vilket pollen som befruktar vilket ägg. Avkomman kommer ändå att ha den egenskap som gendrivaren sprider.

Illustration av hur en modifierad gen sprids i en population av myggor, med respektive utan en gendrivare i arvsmassan. Illustration och copyright: Gunilla Elam.
Vid mendelsk nedärvning spris en DNA-sekvens långsamt i en population. Med en gendrivare sprids den snabbt. Illustration och copyright: Gunilla Elam.

Gendrivare i insekter

Gendrivare fungerar bara på organismer som förökar sig sexuellt och för att spridningen i en population ska vara effektiv måste organismens generationstiden vara kort. Insekter som bananflugor och myggor har kort generationstid, ett ägg utvecklas till en fullvuxen fluga eller mygga på några få veckor. Många sjukdomar sprids av myggor, till exempel malaria, denguefeber, zika och chikungunya och hittills har de flesta försök med gendrivare testats på myggor.

Första gången det visades att gendrivare fungerar i praktiken var när forskare under 2015 fick en mutation att snabbt sprida sig i en population av bananflugor. Det verktyg som användes som gendrivare var CRISPR/Cas9 och den mutation som spreds ledde till att alla flugor i populationen fick gula ögon. Samma år visade forskare att det även fungerar i två arter av malariamyggor. Med CRISPR/Cas9 har bland annat sterilitet bland honor av malariamyggor spridits. Det ledde till att hela populationen kollapsade.

Bild på malariamyggan Anopheles gambiae.
Malariamyggan Anopheles gambiae. Foto: James Gathany, Centers for Disease Control and Prevention.

Andra möjliga användningsområdet

Ett annat användningsområde som testats är att få en patogen svamp att inte orsaka sjukdom eller producera gifter som är skadliga för människan. En gendrivare kopplades till en gen som via mutationer stängde av de gener i svampens arvsmassa som orsakar sjukdom och bildar svampgift. Svampen som testades heter på latin Fusarium graminearum och orsakar stora skördeförluster i bland annat vete. I det här fallet användes inte CRISPR/Cas9 som gendrivare utan en gen som isolerats från en annan svamp. Det diskuteras också om gendrivare skulle kunna användas för att utrota invasiva arter och att göra skadegörare som blivit resistenta mot ett bekämpningsmedel känsliga igen.

Samtliga försök som hittills genomförts har skett på laboratorium. Inom EU har EFSA fått i uppdrag att identifiera potentiella risker med gendrivare när det gäller påverkan på människor och djurs hälsa och på miljön. De ska också undersöka om vägledningsdokumenten för riskbedömning av GMO även kan användas för gendrivare eller om de behöver utvecklas.

Referenser

Visa referenslista Dölj referenslista
  • The mutagenic chain reaction: A method for converting heterozygous to homozygous mutations. Gantz & Bier, Science 348(6233):442-444 (2015).

  • Biologists devise invasion plan for mutations. J. Bohannan, Science 347 (6228):1300 (2015)

  • Highly efficient Cas9-mediated gene drive for population modification of the malaria vector mosquito Anopheles stephensi. Gantz et al, Proc Natl Acad Sci. 112(49), 2015

  • A CRISPR-Cas9 gene drive system targeting female reproduction in the malaria mosquito vector Anopheles gambiae. Hammond et al, Nature Biotechnology, 2016; 34:78-83, 2015.

  • Site-specific selfish genes as tools for the control and genetic engineering of natural populations. Austin Burt, Proc. Biol. Sci. 270, 921–8 (2003)

  • Can natural gene drives be part of future fungal pathogen control strategies in plants?
    Gardiner et al, New Phytologist 27 June 2020

  • Gene drive: progress and prospects. Wedell et al,Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 286(1917) 2019

  • Controversial ‘gene drive’ could disarm deadly wheat pathogen. Science Apr. 17, 2020

  • Evaluation of existing EFSA guidelines for their adequacy for the molecular characterisation and environmental risk assessment of genetically modified insects with synthetically engineered gene drives, EFSA GMO Panel, utkast