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Bernd Giese, Gene Drives – Eine neue Qualität bei der Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen in:

Michael Decker, Ralf Lindner, Stephan Lingner, Constanze Scherz, Mahshid Sotoudeh (Ed.)

"Grand Challenges" meistern, page 159 - 170

Der Beitrag der Technikfolgenabschätzung

1. Edition 2018, ISBN print: 978-3-8487-4057-4, ISBN online: 978-3-8452-8356-2, https://doi.org/10.5771/9783845283562-159

Series: Gesellschaft - Technik - Umwelt, vol. 20

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Bernd Giese Gene Drives – Eine neue Qualität bei der Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen Bereits mit den ersten Klonierungen von Genen in den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts begann eine Debatte um die Risiken gentechnisch veränderter Organismen, die ihren ersten Höhepunkt 1975 in der von führenden Molekularbiologen initiierten Asilomar-Konferenz zu den Risikopotenzialen der Gentechnik fand. In den darauffolgenden Jahren wurden in vielen Ländern Regelungen zur Erzeugung von und zum Umgang mit gentechnisch veränderter Organismen (GVO) erlassen. Auf der internationalen Ebene regelt das im Jahre 2003 in Kraft getretene „Cartagena Protocol on Biosafety“ den Transport und die Nutzung von GVO, um deren unkontrollierte Ausbreitung zu verhindern und die biologische Diversität sowie die menschliche Gesundheit zu schützen. Die Befürchtungen bezüglich einer unkontrollierten Ausbreitung und Vermehrung verschoben sich seit den siebziger Jahren mit dem erweiterten Anwendungsspektrum der Gentechnik mehr und mehr von Mikroben zu höheren Organismen. Vor allem bei gentechnisch veränderten Pflanzen (GVP) kann durch Auskreuzen in eine wilde Population der gleichen oder einer verwandten Art leicht ein Transfer des Transgens erfolgen und sich damit seine unkontrollierte Ausbreitung intensivieren. In den letzten Jahren wurden leistungsfähigere und genauere molekularbiologische Methoden entwickelt. Durch deren erhöhte Reichweite verändert sich auch der Diskurs über die mit ihrer Anwendung verbundenen ökologischen Risiken. Bisher standen vor allem die unbeabsichtigten Nebenwirkungen im Mittelpunkt der Debatten, wie die Toxizität gegenüber „Nichtzielorganismen“ bei der Produktion von Bacillus thuringiensis-Toxinen in Nutzpflanzen zur Schädlingsbekämpfung (Hilbeck et al. 2012), die bereits erwähnte Problematik des Auskreuzens von Transgenen in Landsorten und wilde Arten (Breckling et al. 2003) oder die Verdrängung einer herkömmlichen landwirtschaftlichen Produktionsweise im Falle der biotechnologischen Herstellung des Malariamedikaments Artemisinin (vgl. Thomas 2013). Neue Verfahren zur gezielten Veränderung von Genomsequenzen, ein Bereich, der als Genom-Editierung bezeichnet wird, haben in der Gentechnik zunehmend an Bedeutung gewonnen. Mit den neuen, sehr genauen und vergleichsweise leicht beherrschbaren Verfahren zur Genom-Editierung rücken die intendierten Wirkungen in den Mittelpunkt der Problemdiskussion. So ist das hochumstrittene Thema der künstlichen Verbesserung der menschlichen Leistungsfähigkeit durch Keimbahnmodifikationen („human enhancement“), die mittels Genome Editierung mittlerweile wesentlich effektiver durchgeführt werden könnten, Gegenstand aktueller Diskussionen (Lanphier et al. 2015; Bonas et al. 2017). Hochumstritten ist auch die Anwendung von sogenannten Gene Drives, einer Technologie aus dem Bereich des Genome Editing zur schnellen Verbreitung genetischer Veränderungen. Durch Gene Drives können künstliche Veränderungen des Erbguts bei der geschlechtlichen Paarung potenziell an alle Nachkommen übertragen werden. Damit überwinden Gene Drives die Regeln der Mendelschen Vererbung, nach denen eine Eigenschaft höchsten an 50 % der Nachkommen weitergegeben wird. Neue Eigenschaften, die einen Fitnessvorteil bzw. einen Fitnessnachteil bewirken, können sich deshalb zeitlich und räumlich enorm ausbreiten. Der Fitnessnachteil kann dabei so stark ausgeprägt sein, dass ein Zusammenbruch der betroffenen Population zu befürchten ist (Unckless et al. 2015; Alphey 2016). Um Insekten als Schädlinge oder Überträger von Krankheitserregern in ihrer Populationsgröße zu verringern, gibt es bereits Verfahren auf der Basis rekombinanter DNA, bei denen beispielsweise nur der weibliche Nachwuchs im Larvenstadium stirbt, während die männlichen Nachkommen die Tod bringenden Gene an die nächste Generation weitergeben (Alphey 2014). Noch einen Schritt weiter gehen Gene Drives mit ihrer aktiven Überwindung der Mendelschen Vererbungsregeln. Gene Drives auf der Basis des CRISPR/Cas-Systems werden aufgrund ihrer potenziell extremen Invasivität in natürlichen Populationen auch als „Mutagene Kettenreaktion“ (mutagenic chain reaction, MCR) bezeichnet (Gantz/Bier 2015). Mit den Gene Drives ist somit eine neue Qualität erreicht, denn bisher war die Ausbreitung von Transgenen in Wildtyp-Populationen nur eine unbeabsichtigte Folge der umweltoffenen Anwendung von genetisch veränderten Organismen (GVO)1. Durch ihre Möglichkeiten zur aktiven Ausbreitung oder gar zur Ausrottung von Arten repräsentieren Gene Drives eine Technologie, deren Wirkmächtigkeit zu groß ist, um die Folgen ihres Einsatzes auch nur ansatzweise überblicken zu können (National Academies of Sciences 2016:10). Nicht zuletzt von den Entwicklern selbst wird ihr Einsatz als risikoreich angesehen (Esvelt et al. 2014; Ledford 2015, S. 24). Um Krankheitserreger oder Schadorganismen in der Landwirtschaft zu bekämpfen, gibt es jedoch bereits Vorschläge, die den Einsatz von Gene Drives befürworten und damit auf die selbstständige Ausbreitung einer genetischen 1 Vgl. dazu auch den Bericht der National Academies of Sciences (2016): “In contrast with other genetic modification techniques, which are typically designed to minimize inheritance or transmission of altered genetic elements, the goal of a gene drive is to rapidly spread genetic information throughout a population.” (National Academies of Sciences 2016, S. 6.). 160 Bernd Giese Veränderung innerhalb von Populationen setzen (Esvelt et al. 2014). Ihr Einsatz gegen Überträger von Infektionskrankheiten wie Zika-Fieber oder Malaria wird mittlerweile intensiv diskutiert (Champer et al. 2016). In den folgenden Abschnitten wollen wir die mit dem Einsatz von Gene Drives verbundenen neuen Probleme bei Freisetzungen skizzieren und auf die entsprechenden Anforderungen an eine prospektive Technikbewertung zu Gene Drives eingehen. Insbesondere CRISPR/Cas-basierte Gene Drives werden dabei wegen ihrer aktuellen Bedeutung für die Gene Drive-Entwicklung eingehender betrachtet. Das Wirkungsspektrum von Gene Drives Mithilfe von Gene Drives können Genfunktionen in ganzen Populationen durch Punktmutationen oder Deletionen ausgeschaltet werden. Gene Drives eröffnen jedoch auch die Möglichkeit, neue Genfunktionen in einer Population zu verbreiten. Mit diesen Änderungen auf der Genomebene kann eine Fitnesssteigerung oder auch eine Fitnessminderung bis hin zur stark verminderten Lebensfähigkeit oder Sterilität erzielt werden. Die mit dem Gene Drive vermittelte neue Eigenschaft kann jedoch auch darin bestehen, dass Krankheitsüberträger wie beispielsweise bestimmte Moskitospezies, nicht mehr von Krankheitserregern besiedelt werden können (Gantz et al. 2015). Die vielfältigen Möglichkeiten, die sich aus dem Wirkungsspektrum von Gene Drives ergeben, haben in jüngster Zeit die Diskussion über ihre Einsatzbereiche beflügelt. Schon früh wurde ihr Einsatz zur genetischen Veränderung oder Dezimierung von Moskitopopulationen diskutiert, um die Übertragung von Malaria oder Dengue-Fieber zu vermindern (Windbichler et al. 2011; Oye et al. 2014)2. Neben der Anwendung bei Infektionskrankheiten wie Malaria, Dengue und Zika oder der Bekämpfung von landwirtschaftlichen Schädlingen (Champer et al. 2016) sollen Gene Drives auch die gezielte Vernichtung von invasiven Spezies ermöglichen (Webber et al. 2015). Allerdings wurde in der wissenschaftlichen Literatur neben den interessanten Anwendungsfeldern auch auf die mit einer Freisetzung von Gene Drives verbundenen möglichen negativen Folgewirkungen und vor allem auf den mit ihrer Ausbreitung verbundenen Kontrollverlust hingewiesen (Esvelt et al. 2014; Ledford 2015, S. 24; National Academies of Sciences 2016). 1 2 Die Bill and Melinda Gates Foundation gab 2016 bekannt, dass sie ihre Investitionen in das Programm „Target Malaria“ um 35 Millionen auf insgesamt 75 Millionen US-Dollar aufstockt, um bis 2029 ein einsatzfähiges Gene Drive-System zur Bekämpfung von Malaria zu entwickeln (Regalado 2016). Gene Drives – Eine neue Qualität bei der Freisetzung 161 CRISPR/Cas-basierte Gene Drives Seit ihrer ersten Beschreibung als neue molekularbiologische „Genschere“ im Jahre 2012 fand die CRISPR/Cas-Methodik als sehr effektive Methode des Genome Editing weite Verbreitung (Jinek et al. 2012; Doudna und Charpentier 2014; Ledford 2015). Gene Drives auf der Basis von CRISPR/Cas benötigen neben einer Endonuklease (in der Regel wird derzeit die Endonuklease Cas9 verwendet) lediglich eine sogenannte guide-RNA (gRNA). Die gRNA besitzt einen spezifischen Abschnitt, der eine Sekundärstruktur ausbildet. An ihn bindet die Endonuklease Cas9. Eine damit verbundene Änderung der Proteinfaltung von Cas9 ermöglicht einem weiteren Abschnitt der gRNA, an einen komplementären DNA-Abschnitt zu binden. In der Nähe der komplementären DNA-Sequenz muss zur Aktivierung von Cas9 zudem ein aus drei Nukleotiden bestehender Abschnitt mit der Sequenz NGG vorhanden sein, der als „protospacer adjacent motif“ (PAM) bezeichnet wird. Der von Cas9 bewirkte DNA-Doppelstrangbruch erfolgt dann drei Nukleotide vor der NGG-Sequenz. Für die Reparatur des geschnittenen DNA-Doppelstrangs kommen in Organismen, die sich geschlechtlich vermehren, zwei Reparaturmechanismen in Frage: Eine Reparatur, die sich am Vorbild der entsprechenden Sequenz des homologen Chromosoms orientiert sowie eine einfachere Variante der Reparatur, bei der lediglich die geschnittenen Enden wieder verbunden werden, wobei Mutationen und Deletionen entstehen können. Die Homologie-gesteuerte Variante wird entsprechend als „homology directed repair“ (HDR) bezeichnet. Die einfache Reparatur der Schnittstelle wird „non-homologous end joining“ (NHEJ) genannt3. Im Falle einer Reparatur durch HDR können mit der Sequenz des homologen Chromosoms die genetische Information für das CRISPR/Cas-System und auch weitere Gene in die geschnittene Region übertragen werden. Voraussetzung dafür ist lediglich, dass die zu übertragenden Gensequenzen an ihren Enden Abschnitte aufweisen, die mit der Zielsequenz im geschnittenen Chromosom überlappen (vgl. Jinek et al. 2012; Gantz/Bier 2016). Gene Drives auf der Basis von CRISPR/Cas sind zwar vergleichsweise leicht zu handhaben, die Effektivität dieses Systems wird allerdings noch von einigen Problemen behindert, die jedoch angesichts der schnellen Entwicklung in diesem Bereich schon bald gelöst sein könnten. Vor allem ihre Ausbreitungsfähigkeit kann aufgrund unterschiedlicher Ursachen vermindert werden. Generell stellen Mutationen und Deletionen durch NHEJ-Reparaturen des Endonuklease-Schnittes ein Problem dar, weil dadurch oftmals kein Einbau der zum 2 3 Daneben kann auch eine Reparatur durch „microhomology-mediated end joining“ (MMEJ) auftreten, die ebenfalls ohne eine homologe Sequenz auskommt und ebenso wie NHEJ zu Mutationen und Deletionen führen kann. 162 Bernd Giese Gene Drive gehörenden genetischen Information in den entsprechenden Genort des homologen Chromosoms mehr erfolgen kann. Aber auch durch andere Ursachen hervorgerufene Mutationen im Bereich des komplementären Abschnitts der gRNA oder der NGG-Sequenz können dazu führen, dass ein CRISPR/Cas- Gene Drive sich nicht integriert und damit in seiner Ausbreitungsgeschwindigkeit vermindert wird (Callaway 2017). Seit kurzem wird vor allem die verringerte Vererbungsrate bei der Weitergabe durch weibliche Individuen als das möglicherweise entscheidende Hindernis für die Tauglichkeit von Gene Drives auf der Basis von CRISPR/Cas diskutiert. Offensichtlich kommt es durch die schon in der unbefruchteten Eizelle vorliegenden Endonuklease-Enzyme in Verbindung mit gRNA-Molekülen nach der Verschmelzung mit der Samenzelle zu frühen Schnitten am homologen Chromosom der Samenzelle, ohne dass eine homologe Rekombination mit der mütterlichen Gene Drive-Sequenz stattfindet. In der Folge treten häufig Resistenzbildungen im väterlichen Allel auf, die einen späteren Einbau der Gene Drive-Sequenz verhindern (Gantz et al. 2015; Lin/Potter 2016; Champer et al. 2017). Abhängig von der Spezifität der gRNA- Sequenz können auch sogenannte Off Target-Effekte auftreten. In diesen Fällen inseriert der Gene Drive nicht am vorgesehenen Ort und zerstört dabei möglicherweise Genfunktionen oder wird selbst durch eine ungünstige Chromosomenregion in seiner Funktionalität beeinträchtigt. Die Spezifität von RNA-geführten Gene Drive-Systemen kann jedoch durch weitere technische Verbesserungen erhöht werden (vgl. Esvelt et al. 2014, S. 6). Über die Wirksamkeit von Möglichkeiten zur Begrenzung und zur Rücknahme der von freigesetzten Gene Drives bewirkten Veränderungen können noch keine belastbaren Aussagen gemacht werden. Unterschiedliche Maßnahmen zur Behinderung ihrer Ausbreitung sowie zur Inaktivierung der mit ihnen verbreiteten Gendefekte oder Genfunktionen wurden zwar bereits vorgeschlagen und auch ein erster Versuch in Hefe unternommen (Esvelt et al. 2014; Di- Carlo et al. 2015). Der Nachweis ihrer Wirksamkeit bei einem Einsatz in Insekten oder anderen höheren Organismen steht jedoch bisher noch aus. Zudem fehlt noch eine Lösung für die vollständige Wiederherstellung der natürlichen Gensequenz nach der Verbreitung von RNA-geführten Gene Drives. Anforderungen an die Technikfolgenabschätzung Mit Gene Drives sind vor allem im Zusammenhang mit der Eindämmung von Infektionskrankheiten wie Zika oder Dengue gesellschaftlich große Erwartungen verbunden (Groß 2016). Aber auch potenziell negative Folgen können über Beeinträchtigungen der Dienstleistungen betroffener Ökosysteme gesellschaft- 3 Gene Drives – Eine neue Qualität bei der Freisetzung 163 liche Folgewirkungen entfalten. Eine Bewertung dieser Technologien muss die potenziellen sozio-ökonomischen Folgewirkungen mit einbeziehen. Zu einer prospektiven, vorsorgeorientierten Bewertung (Gleich 2013) von Gene Drives gehört neben der umfassenden Charakterisierung dieser Technologie auch eine Untersuchung der Schwachstellen in den bei einem Einsatz höchstwahrscheinlich betroffenen Ökosystemen sowie eine Analyse ihrer potenziellen Wirkungen auf verknüpfte sozio-ökonomische Systeme. Um eine Gefährdungsabschätzung zu ermöglichen, ist es notwendig, dass die am Beginn der Technikbewertung stehende Technikcharakterisierung sowohl die gefährdungs- als auch die expositionsbestimmenden Eigenschaften von Gene Drives berücksichtigt. Die Bestimmung der gefährdungsbestimmenden Eigenschaften ist angesichts der Vielzahl möglicher neuer Funktionalitäten, die mit den durch Gene Drives verbreiteten Sequenzänderungen und vor allem Sequenzergänzungen verbunden sind, nur möglich, wenn die vermittelte Eigenschaft jeweils separat entsprechend ihrer Wirkungsrichtung und -intensität auf ihre Konsequenzen hin untersucht wird. Beispielsweise sollte bei Moskitos zwischen der Verbreitung einer Resistenz gegenüber dem Erreger von Malaria und der Vermittlung von Sterilität innerhalb der Moskitopopulation unterschieden werden, denn es handelt sich um unterschiedliche Zielrichtungen, die jede für sich bereits ein gro- ßes Spektrum von Folgewirkungen mit sich bringen (vgl. David et al. 2013). Bei der Verbreitung von Resistenz soll die Übertragung auf den Menschen unterbunden werden. In diesem Falle müssten insbesondere die Folgen einer möglichen Veränderung der Virulenz des Erregers betrachtet werden (David et al. 2013). Demgegenüber lässt die Vernichtung einer Moskitopopulation die möglichen Ökosystemwirkungen durch den Ausfall von Moskitos als Räuber, Beute oder Konkurrenten viel stärker in den Vordergrund rücken (Fang 2010). Für die Charakterisierung der gefährdungsbestimmenden Eigenschaften sind neben den angestrebten Funktionalitäten auch die Möglichkeiten eines Versagens der Technologie von großer Bedeutung. Wie bereits erwähnt, können bei Gene Drives infolge mangelhafter Sequenzspezifität Off Target-Effekte auftreten. Die mit diesen veränderten genomischen Insertionsstellen verbundenen Funktionalitätsänderungen sind nur schwer abschätzbar. Eine Bewertung der expositionsbestimmenden Faktoren sollte neben der Mobilität und der Populationsdynamik potenziell betroffener Spezies auch die Ausbreitungsfähigkeit der Gene Drives selbst, oder genauer gesagt die Konversionsrate von Wildtyp-Allelen auf homologen Chromosomen untersuchen. Die Konversionsrate kann durch Mutationen oder nicht-homologe Rekombination (NHEJ) vermindert werden. Wie bereits erwähnt, wurde bei Versuchen mit Insekten zudem deutlich, dass die Konversionsrate von CRISPR/Cas-basierten Gene Drives davon abhängt, ob die genetische Information des Gene Drives 164 Bernd Giese vom weiblichen oder vom männlichen Partner mitgebracht wird. Bei einer Vermittlung des Gene Drive, die vom weiblichen Partner ausgeht, wird die Bildung von Resistenzen zu einem wichtigen Faktor, der die Konversionsrate erheblich verringern kann (Champer et al. 2017). In Modellierungen wurde gezeigt, dass abhängig von der Konversionsrate ein Gene Drive sich entweder stabil in der gesamten Population verbreitet, metastabil bleibt oder mit der Zeit wieder aus der Population verschwindet (Unckless et al. 2015). Bei verminderten Konversionsraten gewinnt auch die vom Gene Drive vermittelte Fitnessveränderung wieder an Bedeutung für die Stabilität des Gene Drive innerhalb einer Population. Wenn die Konversionsrate nur gering ist und die Fitness stark reduziert wird, kann es zum Verschwinden des Gene Drives innerhalb der Population kommen. Andererseits wird ein Gene Drive voraussichtlich lang anhaltend in einer Population verbreitet, wenn trotz einer starken Reduktion der Fitness betroffener Organismen seine Konversionsrate sehr hoch ist. Die Stabilität der Verbreitung von Gene Drives wird allerdings auch durch Umweltfaktoren beeinflusst, die sich auf das Paarungsverhalten oder die Versorgung mit Nährstoffen auswirken (Eckhoff et al. 2017). Eine Verletzlichkeitsanalyse der potenziell betroffenen Systeme sollte in jedem Fall die Technikcharakterisierung ergänzen. Ihr Ziel ist die Identifikation von Vulnerabilitäten, also Schwachstellen, wobei insbesondere möglichen Kipppunkten eine hohe Bedeutung zukommt. Die Vulnerabilitäten können durch Vorbelastungen oder eine verminderte Anpassungskapazität verstärkt werden. Wie bereits bei der Erläuterung der gefährdungsbestimmenden Eigenschaften angesprochen, ist die Ermittlung der Wirkungsrichtungen und -intensitäten der vermittelten Eigenschaft von großer Bedeutung, weil sonst die Bestimmung von Folgewirkungen zu breit angelegt werden muss und voraussichtlich in den meisten Fällen aufgrund begrenzter Kapazitäten entsprechend oberflächlich bleibt. Ausgehend von der mit dem Gene Drive vermittelten Funktionalität und dem von ihr ausgehenden Wirkungspotenzial sollten zunächst die direkt betroffenen ökologischen Interaktionen untersucht werden. Die Anzahl der Ökosystemprozesse, die von Gene Drive tragenden Spezies abhängig sind, ist dabei von zentraler Bedeutung. Die direkt vom Gene Drive beeinflusste Spezies muss bezüglich ihrer Rolle im Ökosystem unter verschiedenen Blickwinkeln betrachtet werden. Sie kann als Ressource und als Konsument auftreten und könnte auch in Konkurrenz zu anderen Spezies stehen. Ausgehend von diesen Beziehungen könnten kaskadierende Effekte in Ökosystemen ausgelöst werden, wenn starke Abhängigkeiten von der betroffenen Spezies bestehen (vgl. Fang 2010). An die Stelle einer durch Gene Drive-Einwirkung vernichteten Spezies könnten andere Spezies treten und ihre Nische ausfüllen (David et al. 2013). Bei der Analyse der Ökosystemwirkungen muss auch die Übertragung des Ge- Gene Drives – Eine neue Qualität bei der Freisetzung 165 ne Drives auf Nichtzielarten berücksichtigt werden, wenn dies aufgrund des Kreuzungsverhaltens oder anderer Möglichkeiten der DNA-Übertragung möglich erscheint. Von den Veränderungen in den betroffenen Ökosystemen können auch deren Ökosystemdienstleistungen betroffen sein. Die Auswirkungen der veränderten oder im schlimmsten Fall vollständig einbrechenden Ökosystemdienstleistungen sollten auf der gesellschaftlichen Ebene des betroffenen sozio-ökologischen Systems untersucht werden. Wenn die Ökosystemdienstleistung beispielsweise in der Bestäubung von Nutzpflanzen besteht, kann ein Wegfall dieser Dienstleistung unter Umständen schwere wirtschaftliche Auswirkungen haben. Neben den spezifischen Analysen der betroffenen sozio-ökologischen Systeme dürfen auch Faktoren nicht unberücksichtigt bleiben, die einen vermehrten Einsatz von Gene Drives begünstigen. Wenn Gene Drives sich als leicht anwendbar erweisen sollten, dann muss auch eine Diffusion der Technologie in verschiedenste Anwendungsbereiche in Betracht gezogen werden. Ihre Folgen dürften allerdings noch schwerer abschätzbar sein, als die Wirkungen eines einzelnen potenziellen Gene Drive-Einsatzes mit bekannter Funktionalität. Daher muss gefragt werden, inwiefern mögliche unerwünschte Folgen des Einsatzes von Gene Drive-Systemen überhaupt effektiv begrenzt werden können. Gene Drives setzen am Genom an, das die Eigenschaften und Fähigkeiten von Organismen weitgehend bestimmt. Ihnen kommt dadurch eine hohe Eingriffstiefe und Wirkmächtigkeit mit Blick auf die Funktionalitäten der veränderten Organismen zu. Durch die gesteigerte Fähigkeit zur Selbstvermehrung und Ausbreitung der Veränderungen in Populationen und Ökosystemen ist zudem eine besonders hohe Exposition gegenüber diesen veränderten Organismen zu erwarten. Diese Ausbreitung und Exposition muss wiederum als hohe Eingriffstiefe in die betroffenen Ökosysteme gewertet werden. Die hohe Eingriffstiefe und Wirkmächtigkeit von Gene Drives erfordert somit eine entsprechend erweiterte Risikobetrachtung. Es stellt sich die Frage, ob bereits Methoden und Modelle verfügbar sind, von denen ausgehend die potenziellen Wirkungen einer weiten Verbreitung neuer Eigenschaften in ganzen Populationen und möglicherweise auch verwandten Spezies untersucht werden können. Vor allem die Wirkungen einer starken Reduktion von Populationen bis hin zu ihrer Ausrottung sind von Bedeutung. Zudem müssen auch evolutive Veränderungen in Erwägung gezogen werden. Anforderungen an das Risikomanagement und die Regulation Neben dem Bedarf an geeigneten Methoden zur prospektiven Risikoabschätzung ergeben sich grundsätzliche Probleme, wie die Frage, inwieweit auf eine 4 166 Bernd Giese Möglichkeit zur Korrektur bei der Freisetzung von GVO verzichtet werden darf, vor allem, wenn es sich um selbstverbreitende künstliche genetische Elemente handelt. Hier ergibt sich ein Konflikt mit dem Vorsorgeprinzip, das entsprechend weit reichenden Eingriffen Schranken setzen sollte, wenn der begründete Verdacht existiert, es könnte zu nicht mehr korrigierbaren, unerwünschten Effekten kommen. Angesichts der technischen Reichweite selbstverbreitender künstlicher genetischer Elemente innerhalb der Populationen von Wildtyporganismen muss zudem geklärt werden, ob ihre Anwendung mit dem Schutz der Biodiversität kollidiert. Unabhängig von den mit ihrem Einsatz verbundenen Wirkungen sollte die Verteilung künstlicher genetischer Systeme und der mit ihnen verbreiteten zusätzlichen genetischen Information in der Umwelt als Kontamination betrachtet werden. Diese Form der Kontamination ist weitreichender als die Kontamination mit naturfremden persistenten Chemikalien, weil sie sich selbständig weiter ausbreiten kann. Durch die mit der Ausbreitung von Gene Drives einhergehende Verbreitung genetisch veränderter Organismen sind sowohl die nationale Gesetzgebung als auch internationale Abkommen, wie das Übereinkommen über die biologische Vielfalt (CBD), das Cartagena-Protokoll über die biologische Sicherheit sowie die EU-Verordnung zu grenzüberschreitenden Verbringungen genetisch veränderter Organismen, mit einer neuen Qualität von Problemen konfrontiert. Abschließende Empfehlungen Die mit der hohen Wirkmächtigkeit von Gene Drives erreichte neue Qualität von gentechnisch veränderten Organismen sollte sich in einer umfassenden Analyse der möglichen Folgen beabsichtigter (und auch unbeabsichtigter) Freisetzungen niederschlagen. Eine umfassende prospektive Analyse beinhaltet die Untersuchung von Wirkungen auf allen Systemebenen, vom Organismus über die Spezies, betroffene Ökosysteme bis hin zu den entsprechenden sozio-ökologischen Systemen. Vor dem Hintergrund der bisherigen Erkenntnisse und den noch großen Wissenslücken zum Verhalten von Gene Drives in der Umwelt muss für den Umgang mit der Gene Drive-Technologie dringend auf die Orientierung am Vorsorgeprinzip hingewiesen werden. In dem heutigen Stadium, in dem nicht sicher ist, ob die Wirkungen von Gene Drives reversibel sind und ebenfalls nicht geklärt ist, ob Ausbreitungen von Gene Drives gestoppt werden können, sollte auf Freisetzungen verzichtet werden. Gerade wegen der erheblich gesteigerten Ausbreitungsfähigkeit von Gene Drives in den Populationen natürlicher Organismen und die noch ungeklärten 5 Gene Drives – Eine neue Qualität bei der Freisetzung 167 Eingriffs- und Begrenzungsmöglichkeiten sollte die Angemessenheit der heutigen Regulation geprüft werden. Dabei erfordert ihre potenziell grenzüberschreitende Aktivität international abgestimmte Regeln zum Umgang mit dieser qualitativ neuen Entwicklung. Mit ihrem Potenzial, ganze Arten auszurotten bzw. zu verändern, sind bei der Freisetzung von Gene Drives erhebliche Rückwirkungen auf sozio-ökologische Systeme zu befürchten. Die Diskussion über den Umgang mit Gene Drives sollte deshalb nicht auf die Expertenkreise der Entwickler und der Zulassungsbehörden beschränkt bleiben, sondern in einem breiten gesellschaftlichen Diskurs unter Einbeziehung der Vertreter aller betroffenen Gruppen geführt werden. Literatur Alphey, L. (2014): Genetic Control of Mosquitoes. In: Annu Rev Entomol, 59, S. 205-224. DOI: 10.1146/annurev-ento-011613-162002 Alphey, L. (2016): Can CRISPR-Cas9 Gene Drives Curb Malaria? In: Nat Biotechnol, 34(2), S. 149-150. DOI: 10.1038/nbt.3473 Bonas, U.; Friedrich, B.; Fritsch, J.; Müller, A.; Schöne-Seifert, B.; Steinicke, H.; Tanner, K.; Taupitz, J.; Vogel, J.; Weber, M.; Winnacker, E.-L. (2017): Ethische und rechtliche Beurteilung des genome editing in der Forschung an humanen Zellen. 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Zusammenfassung

Der schillernde Begriff der Grand Challenges ist in aller Munde und Grund für eine kritische Auseinandersetzung mit diesem forschungsleitenden Konzept. Die Buchbeiträge widmen sich dem Thema sowohl in theoretischer Hinsicht, als auch mit Blick auf die Domänen Gesundheit, Digitalisierung und Umwelt.