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Malaria mit dem „Gene Drive“ bekämpfen?
Wissenschaftliche Einführung
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Quelle: S. Jähnichen, DTG unter CC-BY-SA. https://de.wikipedia.org/wiki/Malaria#/media/File:Malaria_distribution_(de).png
Verbreitung von Malaria
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Krankheitslast durch Malaria
200 Mio.
jedes Jahr
bei Kindern < 5 J. häufiger tödlich
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Lebenszyklus des Malariaerregers
Parasiten (Plasmodien)
vermehren sich ungeschlechtlich in Leber und Blut
Parasiten pflanzen sich geschlechtlich fort
Endwirt: Mücke
Zwischenwirt: infizierter Mensch
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Strategien gegen Malaria
Behandlung
Resistenz gegen Medikamente
Vorbeugung
Insektenschutz
Keine Schutz-impfung
Bekämpfung der Mücken
Trockenlegung stehendes Wasser
Einsatz von Insektiziden
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Population deutlich senken
bzw. ausrotten
Bekämpfung der Anopheles-Mücke
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resistent gegen den Krankheits-
erreger machen
Bekämpfung der Anopheles-Mücke
Population deutlich senken
bzw. ausrotten
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resistent gegen den Krankheits-
erreger machen
Bekämpfung der Anopheles-Mücke
Population deutlich senken
bzw. ausrotten
CRISPR-CasGene Drive
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Prinzip der Vererbung
Mücken haben zwei Kopien ihrer Chromosomen: eine vom Vater, eine von der Mutter
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homozygot heterozygot
Prinzip der Vererbung
„Genotypen“
homozygot
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Heterozygote Vererbung
Vererbung der Genveränderung nach Mendelschen Regeln
unveränderte Mücke
Mücke mit Genveränderung
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Homozygote Vererbung
Vererbung der Genveränderung nach Mendelschen Regeln
unveränderte Mücke
Mücke mit Genveränderung
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Vererbung mit Gene Drive: 1. Generation
Vererbung der Genveränderung nach Mendelschen Regeln
unveränderte Mücke
Mücke mit Genveränderung
homozygot mit Gene Drive
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Vererbung mit Gene Drive: 2. Generation
Vererbung der Genveränderung nach Mendelschen Regeln
unveränderte Mücke
Mücke mit Genveränderung
homozygot mit Gene Drive
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Vererbung mit Gene Drive: 3. Generation
Vererbung der Genveränderung nach Mendelschen Regeln
unveränderte Mücke
Mücke mit Genveränderung
homozygot mit Gene Drive
Alle Nachkommen erben die Genveränderung
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Was ist CRISPR-Cas?
Eine Methode zur Genomchirurgie,die eine zielgerichtete Veränderung der Erbinformation (DNA) zur Folge hat.
ZIEL
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CRISPR-Cas findet das Ziel in der DNA.
ZIEL
Cas
Leit-RNA
Cas Protein = Endonuclease= „Schere“
Leit-RNA =„Sucher“
CRISPR-Cas
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CRISPR-Cas bindet ans Ziel und schneidet die DNA.
ZIELZI- -EL
Cas
Leit-RNA
CRISPR-Cas
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Eine Lücke entsteht. Das Reparaturmechanismus füllt die Lücke:
Entweder werden die DNA-Enden zusammengefügtoder es wird ein Stück DNA eingefügt.
ZI- -EL
Reparatur fügt DNA-Sequenz ein
Lücke entsteht
Leit-RNA
Cas„Wunsch“-
gen
CRISPR-Cas
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Leit-RNA
Cas„Wunsch“-
GenZI- -EL
Am Ende ist die Wunsch-Sequenz am Ziel angekommen.
CRISPR-Cas
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Nur ein Chromosom trägt die Information für den Gene Drive.
Gene Drive
Leit-RNA
CasZI-
-EL
ZIEL
„Wunsch“-gen
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Die Cas-Genschere und Leit-RNA werdenproduziert.
Gene Drive
Leit-RNA
CasZI- -EL
ZIEL
„Wunsch“-gen
Cas
Leit-RNA
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Die Leit-RNA findet die Ziel-Sequenz und die Cas-Genschere schneidet sie.
Gene Drive
ZI- -EL
Cas
Leit-RNA
Leit-RNA
CasZI- -EL„Wunsch“-
gen
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Gene Drive
Der natürliche Reparaturmechanismus der Zelle repariert den Schnitt. Er kopiert den Gene Drive vom Schwester-Chromosom in die Lücke.
ZI- -EL
Leit-RNA
CasZI- -EL„Wunsch“-
gen
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Gene Drive
Am Ende tragen beide Chromosomen den Gene Drive.
ZI- -EL
Leit-RNA
CasZI- -EL„Wunsch“-
gen
Leit-RNA
Cas„Wunsch“-
gen
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Population deutlich senken resistent gegen Krankheitserreger machen
Gene Drive – mögliche Wirkungen
„Geschlechts-umwandlung“ → nur Männchenoderhöhere Anfälligkeit gegen Insektizideodertödliches Gen
Übertragung des Malariaerregersblockieren
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Geschichte des Gene Drive
Jahr Ereignis
2003 Gedankenexperiment „Gene Drive“ veröffentlicht
2012 Entdeckung der CRISPR-Cas-Methode als steuerbare Genschere für die Molekularbiologie
2014 Konzept: CRISPR-Cas als Antrieb eines Gene Drive
2015 Erste Untersuchungen des Gene Drive im Laboran Fruchtfliegen sowie Malariamücken
2018 Bericht der Afrikanischen Union zum Potenzial des Gene Drive; noch kein Einsatz im Freiland
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Danksagung
Bilder von „The Noun Project“• Globus, Pille von Aleksandr Vektor
• Mensch, Baby von Adrien Coquet
• Mosquito, Schere, Spritze von Edward Boatman
• Rote Blutkörperchen von Tahir Gorkem
• Chromosom von Jason Rowley
• Sumpf von Nikita Kozin
• Spray von Hea Poh Lin
• Netz von W.X. Chee
• Bett von Gregor Cresnar
Wissenschaftliche Beratung
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• Laura Maria Heinisch
• Dr. Robert Ranisch
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