Een natuurlijke gene drive zou invasieve knaagdieren op eilanden tot uitsterven kunnen leiden

In de strijd tegen de invasieve huismuis op eilanden gebruiken wetenschappers de eigen genen van het knaagdier ertegen.

Met de juiste aanpassingen zou de introductie van een paar honderd genetisch gewijzigde muizen dat kunnen de invasieve muizenpopulatie van een eiland tot uitsterven brengen in ongeveer 25 jaar rapporteren onderzoekers in de 15 november Procedures van de National Academy of Sciences. De truc is om de wijzigingen toe te voegen aan een deel van het muizen-DNA dat veel vaker wordt geërfd dan zou moeten.

Wetenschappers hebben vergelijkbare extra-erfelijke genen – gene drives genoemd – in het laboratorium gemaakt. De brokken zijn ontworpen om te worden doorgegeven aan de meeste of alle nakomelingen van een dier in plaats van aan de gebruikelijke helft, en die nakomelingen bovendien onvruchtbaar te maken. Wetenschappers hebben gene drives gebruikt om populaties muggen en fruitvliegjes te verminderen (SN: 17-12-2018).

Maar zoogdieren zijn een ander verhaal. Wetenschappers hebben eerder een gene drive gesynthetiseerd die ongeveer 80 procent van de tijd in muizen wordt doorgegeven (SN: 23-01-19). Maar de drive is niet sterk genoeg om een ​​populatie snel te stoppen.

Gelukkig heeft de natuur het voor elkaar. Een haplotype is een natuurlijk voorkomende groep genen die tijdens replicatie als een eenheid wordt doorgegeven. Het genoom van de huismuis (Mus musculus) heeft een bepaald haplotype, genaamd de t haplotype, dat meer dan 95 procent van de tijd wordt doorgegeven aan het nageslacht, in plaats van de typische 50 procent.

Deze natuurlijke gene drive heeft voordelen, zegt Anna Lindholm, een bioloog aan de Universiteit van Zürich die niet betrokken was bij het onderzoek. Het “evolueerde op natuurlijke wijze en is nog steeds aanwezig in het wild, en we hebben er tot nu toe geen weerstand tegen gevonden in wilde populaties”, zegt ze. Het wordt ook niet gevonden in soorten M. musculus, wat betekent dat het zich waarschijnlijk niet zal verspreiden naar andere niet-invasieve muizen.

Moleculair bioloog Paul Thomas en zijn collega’s besloten zich te richten op de t haplotype met de moleculaire tool voor knippen en plakken genaamd CRISPR/Cas9 (SN: 8/24/16). Ze gebruikten CRISPR om de gensequentie voor de CRISPR-tool zelf in de t haplotype. Wanneer een mannelijke muis de veranderde draagt t haplotype paart met een vrouwtje, komen de ingebrachte genen voor de CRISPR-tool in actie. Het gebruikt een speciale genetische gids om het gen voor het hormoon prolactine te targeten en te deactiveren, waardoor alle vrouwelijke babymuizen onvruchtbaar worden.

Het beste deel is dat de natuurlijke t haplotype kan ook mannen steriliseren, zegt Thomas van de Universiteit van Adelaide in Australië. Mannetjes met twee exemplaren – homozygote mannetjes – zullen zich helemaal niet voortplanten.

“Als je een t om zich door een populatie te verspreiden, zou je homozygote mannetjes onvruchtbaar kunnen maken, “zegt hij. “En met de toevoeging van het CRISPR-element daar bovenop krijgen we homozygote vrouwtjes die ook nog eens onvruchtbaar zijn.”

Om erachter te komen hoe goed de t haplotype muizen doen op een eiland waar muizen grote schade aanrichten aan de biodiversiteit, gebruikten de wetenschappers een computersimulatie van een eiland met 200.000 muizen. Het team ontdekte dat het toevoegen van slechts 256 muizen met de CRISPR-veranderde t haplotype zou de muizenpopulatie in ongeveer 25 jaar met succes naar nul kunnen brengen. Zelfs zonder CRISPR, het toevoegen van muizen met de normale t haplotype zou de bevolking in ongeveer 43 jaar kunnen overspoelen.

Maar modellen zijn geen muizen. In een laatste test maakten Thomas en zijn collega’s het model werkelijkheid. Het team veranderde de t haplotype in een kleine groep muizen in het laboratorium en gebruikte genetische tests om aan te tonen dat die muizen hun nieuwe genetica 95 procent van de tijd zouden doorgeven.

“Dit is een slim idee, om voort te bouwen op de t haplotypeer het natuurlijke aandrijfsysteem en gebruik CRISPR, niet om de constructie te verspreiden, maar om genen te beschadigen die nodig zijn voor de vrouwelijke vruchtbaarheid”, zegt Lindholm. “Dit is een grote stap vooruit in de ontwikkeling van nieuwe tools om invasieve muizenpopulaties te beheersen.”

De volgende stap, zegt Thomas, zal zijn om de effecten te testen in echte muizenpopulaties in veilige omheiningen, om erachter te komen of de genetisch aangepaste t kan voorkomen dat muizen zich voortplanten. De wetenschappers willen er ook voor zorgen dat alle gemanipuleerde muizen die in het wild worden vrijgelaten een veiligheidsmechanisme hebben, zodat andere muizen elders onaangetast blijven.

De definitieve versie zou zich kunnen richten op kleine mutaties die alleen voorkomen op één eiland waar de plaagpopulatie geïsoleerd is, suggereert Thomas. Als de muis naar het vasteland zou ontsnappen, zouden de veranderde genen geen effect hebben op de lokale muizen. De wetenschappers willen ook overleggen met mensen die in het gebied wonen, zoals ambtenaren deden toen genetisch gemodificeerde muggen werden vrijgelaten in Florida (SN: 14-05-21).

Ten slotte merkt hij op dat 25 jaar lang wachten is voor sommige bedreigde eilandbevolking. “We zouden graag zien dat CRISPR sneller werkt”, zegt hij. “Het is nog werk in uitvoering.”