Nieuws

Modelstudie bevestigt potentie duurzame genetische bestrijding van invasieve exoten

Published on
29 maart 2021

Gene drive-technologie, een vorm van genetisch-biologische bestrijding, is een veelbelovende optie bij het beschermen van biodiversiteit en het bestrijden van plagen. Een onlangs gepubliceerde modelstudie bevestigt de potentie van de techniek door aan te tonen dat ze zeer doeltreffend zou bijdragen aan het op een duurzame manier onder controle houden van populaties invasieve grijze eekhoorns in het Verenigd Koninkrijk. Deze eekhoorns komen oorspronkelijk uit Noord-Amerika en vormen nu een bedreiging voor inheemse eekhoorns, bosvogels en bomen in het Verenigd Koninkrijk.

Een "gene drive" is een geavanceerde toepassing van genetische modificatie gebaseerd op de CRISPR-Cas techniek. Een gene drive maakt het mogelijk om een genetische eigenschap relatief snel en blijvend in een groot deel van de populatie van een organisme te verspreiden. Deze verspreiding vindt plaats per generatie en is dus het meest efficiënt in organismen die een korte generatietijd hebben. Gene drives kunnen alleen worden toegepast in organismen die zich geslachtelijk kunnen voortplanten.

Laboratorium voor erfelijkheidsleer

De ontwikkelingen rondom gene drives bevinden zich op dit moment in de onderzoeksfase. Bij WUR houdt onder andere promovendus Nicky Faber, verbonden aan het Laboratorium voor Erfelijkheidsleer, zich bezig met het onderwerp. Een door haar uitgevoerde modelstudie leidde onlangs tot een publicatie in Scientific Reports. De modelstudie, uitgevoerd tijdens haar afstudeerstage bij het Roslin Institute in Edinburgh, toont aan dat een ‘gene drive’ die onvruchtbaarheid bij vrouwelijke grijze eekhoorns veroorzaakt, de populaties van deze soort in het Verenigd Koninkrijk onder controle zou kunnen houden.

Bedreiging voor inheemse eekhoorns, bosvogels en bomen

De grijze eekhoorn (Sciurus carolinensis) is invasief in het Verenigd Koninkrijk, omdat hij in de negentiende eeuw uit de VS is overgebracht. De grijze eekhoorn is nu wijdverspreid in het Verenigd Koninkrijk en er zijn ook invasieve kolonies in onder meer Noord-Italië. Grijze eekhoorns hebben een grote invloed op de inheemse populaties rode eekhoorns (Sciurus vulgaris), ze verstoren de natuurlijke regeneratie van bossen door boomschors af te strippen en ze hebben waarschijnlijk ook een negatieve invloed op de biodiversiteit van inheemse bosvogels door op hun eieren en kuikens te jagen.

Duurzaam alternatief voor huidige bestrijdingsmaatregelen

“Zoals bij veel andere invasieve soorten over de hele wereld, is er geen goede manier om het aantal grijze eekhoorns onder controle te houden”, zegt Faber. “Nu gebeurt dat door afschieten, vangen en vergiftigen. Deze maatregelen zijn allemaal inhumaan, niet specifiek voor de probleemsoort en niet geschikt om de omvang van het probleem aan te pakken.”

Een gene drive heeft de potentie het probleem op een duurzame manier aan te pakken. Faber: “De gene drive is een gemodificeerd gen dat door álle nakomelingen wordt geërfd in plaats van slechts door de helft (zie onderstaande afbeelding). Hierdoor verspreidt dit gen zich onder de populatie en na een bepaald aantal generaties hebben alle grijze eekhoorns de gene drive in hun genoom. De gene drive in dit onderzoek is ontwikkeld voor populatiebeheersing en veroorzaakt onvruchtbaarheid bij de vrouwelijke grijze eekhoorns die van beide ouders de gene drive hebben gekregen. Nadat grijze eekhoorns met een gene drive in een populatie zijn uitgezet, zal de gene drive zich dus verspreiden en ertoe leiden dat veel vrouwtjes onvruchtbaar worden. Hierdoor worden er minder jongen geboren en wordt dus ook de populatie teruggedrongen.” 

inheritance.jpg

Weinig risico voor andere populaties

In het onderzoek van Faber werd een gene drive ontwikkeld die resistentie-allelen tegen de gene drive elimineert; deze kunnen soms in een populatie ontstaan en voorkomen dat de gene drive zich verspreidt. De gene drive is bovendien zelfbegrenzend, wat een belangrijk veiligheidsmechanisme is. De in het onderzoek van Faber ontwikkelde gene drive raakt na een bepaald aantal generaties uitgeput, waardoor de verspreiding ervan stopt. Door meer eekhoorns met de gene drive uit te zetten, kan deze zich toch blijven verspreiden, met weinig risico voor andere populaties.

Kansen voor natuurbehoud en biodiversiteit

Enkele andere voorbeelden van invasieve soorten die momenteel niet effectief kunnen worden bestreden, zijn ratten, hermelijnen en opossums in Nieuw-Zeeland, reuzenpadden en konijnen in Australië, ratten en muizen in Hawaï en Aziatische karpers op veel plaatsen wereldwijd. Technologieën voor genetisch-biologische bestrijding, zoals gene drives, kunnen een effectieve, soortspecifieke en humane manier bieden om ook deze invasieve soorten te bestrijden.

“Behalve de bestrijding van invasieve soorten kun je ook denken aan de bestrijding of immunisering van malariamuggen en andere ziekteverspreiders, de immunisering van kwetsbare soorten die door een ziekteverwekker worden bedreigd, of de bestrijding van landbouwplagen”, zegt Faber.

Vervolgonderzoek

Hoewel het onderzoek naar gene drives al verschillende hindernissen heeft overwonnen, is er wel nog werk aan de winkel. Een van de huidige uitdagingen is dat we nog niet weten hoe goed een gene drive zal werken in een genetisch diverse, wilde populatie. Tot nu toe werden alle gene drives getest in genetisch homogene laboratoriumpopulaties. Het is echter van essentieel belang te weten hoe genetische diversiteit de prestaties van een gene drive zal beïnvloeden, zodat we vooraf weloverwogen beslissingen kunnen nemen. Het onderzoek naar dit aspect van gene drives wordt nu voortgezet in het Laboratorium voor Erfelijkheidsleer.