Are gene drives natural phenomena?

One of the most commonly recycled arguments in the world of gene drive research is that gene drives are natural. More specifically, there has been an attempt in the public discussion to make it seem like there is no material difference between an engineered gene drive using CRISPR-Cas technology and a naturally occurring selfish genetic element (which are indeed found occasionally in nature).

Convincing the non-scientific public that there is little difference between a novel, laboratory-based genetic modification, altered to have a genetic trait based on purely human design or intention and an age-old, naturally evolved, evolutionarily beneficial phenomenon is perhaps one of the most useful tricks in the attempt to make gene drive technology more accepted by the public and policy makers. This attempt to change the definition of a gene drive to make it more publically palatable, extending the definition of gene drive to include both natural and synthetic phenomena, was made explicit with the publication of an opinion piece in 2020, penned by gene drive researchers Luke Alphey, Andrea Crisanti, Filippo Randazzo and Omar Akbari, titled ‘Standardising the definition of gene drive’.

A recent scientific letter written by Mark Wells and Ricarda Steinbrecher of Econexus, published in August 2022 in PNAS cell biology, explores these definitions and explains why this shift in definitions is important and cannot go unchallenged. They emphasises why it is particularly important to pay attention to the differences between natural selfish genetic elements and synthetic gene drives, especially in the context of the fraught and high-stakes political and regulatory debate around gene drives currently taking place. They argue that a narrower definition of gene drives is crucial in order to highlight the novelty of the technology- for example the unprecedented, permanent incorporation of homing genes into animals and irreversible genetic chain reaction that is started.

Read the letter from Mark Wells and Ricarda Steinbrecher in PNAS Cell biology here


A new vaccine against malaria

A new vaccine against Malaria

This month saw another breakthrough in the treatment and prevention of malaria, this time with the publication of the phase 2 clinical trial results of the new University of Oxford R21 vaccine against malaria. This vaccine demonstrated an 80% efficacy against malaria, the highest efficacy ever seen in a malaria vaccine. Professor Adrian Hill, co-creator of the Astra Zeneca vaccine, describes it as “the best malaria vaccine yet” and has stated that it could help to reduce deaths from Malaria by 70% by 2030 and could eradicate it by 2040¹. This is a stunning milestone in the campaign to eradicate malaria, an extremely promising therapeutic which could help us end malaria for good. This new vaccine could be viewed as an intervention with minimal risk, and maximal gain- with this development, the case against using the extremely risky, untried and poorly tested gene drive mosquito as a tool to end malaria comes further into question.

Malaria vaccine development has been historically plagued with difficulties, with over 100 potential candidates and so far only one approved vaccine, Mosquirix, approved in 2021². This difficulty stems from the fact that the Plasmodium parasite has many developmental stages, meaning there are thousands of potential targets³. The Mosquirix vaccine has had a difficult start, with a lower efficacy of around 30% for 4 years and is limited in the number of doses that can be produced. That said, there is still good data available for its effectiveness when used in combination with preventative chemotherapy, with one recent study from the London School of Hygiene and Tropical medicine showing a 70% reduction in the chance of hospitalisation and severe illness or death from malaria⁴. However, the new R21 vaccine, developed at the Jenner Institute at Oxford University, shows the highest efficacy yet seen in a malaria vaccine, the first of its kind to surpass the minimum 75% efficacy goal set by the World Health Organisation.

The R21 vaccine trial took place in Burkina Faso, and was carried out in 450 infants between 5-17 months old, the demographic most in need of treatments and prevention of malaria, with 16 percent of deaths in children in Africa caused by malaria. The cohort was split into two groups receiving the new vaccine and one control group: Two groups received a dose of the vaccine with either a higher or lower amount of immune-stimulating adjuvant respectively and the other group received a rabies vaccine as the control group. All of the children received three doses four weeks apart followed by a 4th dose one year later, and were followed for the full two years to see how the vaccine (or control treatment) affected the cases of malaria observed within the cohort.

The higher adjuvant dose performed best, with an 80% relative risk reduction of contracting malaria in the high-adjuvant group compared with the control group, with no serious side-effects reported. The R21 vaccine targets the Plasmodium parasite before it develops in the blood shortly after someone is bitten and is based a small protein from the immature malaria parasite combined with the Matrix-M adjuvant to help increase the immune response⁵. Despite the success, before approval the R21 vaccine must still be tested in larger groups during the ongoing phase 3 trials, involving 4,800 children in Burkina Faso, Mali, Kenya and Tanzania. Professor Halidou Tinto, the trials principal investigator, is confident that the efficacy will be replicated in these phase 3 trials.

R21 marks a real revolution and beacon for hope in the treatment and prevention of malaria. The path towards a vaccine for malaria has been far from smooth, but the potential for bringing us closer to the eradication of malaria in Africa is huge. The vaccine is both very effective, easy to produce and, very importantly, possible to produce for a few dollars- it is possible to produce 200 million doses per year reasonably through the Serum Institute of India and could therefore be rolled out quickly and widely. Professor Tinto hopes that the vaccine will be used from 2023 in around 250,000 children in Burkina Faso, thus maximising the beneficial effects of the vaccine to those who need it most on a short timeline⁶. With innovative new treatments and preventatives emerging such as the R21 vaccine, the chances of drastically reducing the malaria burden and even achieving eradication are looking ever more likely.

References

¹’⁶Anon, 2022. New malaria vaccine comes a step closer as experts say it’s ‘the best yet’. The Guardian. Available at: https://www.theguardian.com/global-development/2022/sep/07/malaria-vaccine-truss-cut-funding [Accessed September 26, 2022].

² Laurens MB. RTS,S/AS01 vaccine (Mosquirix™): an overview. Hum Vaccin Immunother. 2020 Mar 3;16(3):480-489. doi: 10.1080/21645515.2019.1669415. Epub 2019 Oct 22. PMID: 31545128; PMCID: PMC7227679.

³ Mahmoudi S, Keshavarz H. Malaria Vaccine Development: The Need for Novel Approaches: A Review Article. Iran J Parasitol. 2018 Jan-Mar;13(1):1-10. PMID: 29963080; PMCID: PMC6019592.

⁴ Chandramohan, D. et al., 2021. Seasonal malaria vaccination with or without seasonal malaria chemoprevention. New England Journal of Medicine, 385(11), pp.1005–1017.

⁵ Datoo, Mehreen & Magloire, Natama & Somé, Athanase & Bellamy, Duncan & Traore, Ousmane & Rouamba, Toussaint & Tahita, Marc & Ido, N & Yameogo, Prisca & Valia, Daniel & Millogo, Aida & Ouedraogo, Florence & Soma, Rachidatou & Sawadogo, Seydou & Sorgho, Faizatou & Derra, Karim & Rouamba, Eli & Ramos-Lopez, Fernando & Cairns, Matthew & Tinto, Halidou. (2022). Efficacy and immunogenicity of R21/Matrix-M vaccine against clinical malaria after 2 years’ follow-up in children in Burkina Faso: a phase 1/2b randomised controlled trial. The Lancet Infectious Diseases. 10.1016/S1473-3099(22)00442-X.


Gene Drives könnten sich über Artgrenzen hinweg ausbreiten

Gene Drives könnten sich über Artgrenzen hinweg ausbreiten

Das Problem der Malaria in Afrika steht seit langem im Mittelpunkt der Diskussion über die Gene-Drive-Technologie. Federführend bei der Forschung ist Target Malaria, eine nicht gewinnorientierte Organisation, deren Ziel es ist, Malaria mit gentechnischen Mitteln zu beseitigen. Trotz der ersten Erfolge in ihren Laborstudien gibt es jedoch eklatante offene Fragen und Unbekannte im Zusammenhang mit der Freisetzung von gentechnisch veränderten Anopheles gambiae sensu strictu Moskitos in die Umwelt.

Ganz oben auf der Liste der Bedenken stehen die ökologischen Folgen. Das Risiko für ein ökologisches System ist beträchtlich, wenn es um die Ausrottung einer einzigen Art geht. Anopheles gambiae sensu strictu ist jedoch nur eine von mindestens neun Stechmückenarten des “Anopheles gambiae-Komplexes” (bekannt als A. gambiae sensu lato, d. h. “im weiteren Sinne”), einer Familie von Mückenarten, die identisch aussehen und von denen bekannt ist, dass sie sich untereinander kreuzen und fortpflanzungsfähige Hybriden produzieren1. Dies hat sich bereits als problematisch für die Malariabekämpfung erwiesen, da es nachweislich zu einem Austausch von Mutationen führt, die das Überleben der Arten innerhalb des Komplexes fördern. So erwarb Anopheles arabiensis durch A. gambiae s.s. und A. coluzzi Gene, die es gegen trockene Bedingungen resistent machen, und A. coluzzi erwarb durch A. gambiae s.s. ein Gen für Insektizidresistenz2,3,4. Im Zusammenhang mit einem Gene Drive, der die Vererbung eines ausgewählten Gens an alle Nachkommen erzwingt, sind die Folgen des Genaustauschs zwischen den Arten noch besorgniserregender.

Das eigentliche Risiko entsteht, wenn man das Ziel-Gen des Gene Drives in Betracht zieht. Das Doppelgeschlechtsgen ist ein wesentliches Gen für die sexuelle Entwicklung, und die Störung dieses Gens führt dazu, dass sich die Weibchen zu intersexuellen, unfruchtbaren Erwachsenen entwickeln, die sich nicht fortpflanzen können5. Die Fortpflanzungsrate sinkt drastisch, und die Population bricht zusammen. Aufgrund seiner lebenswichtigen Bedeutung für das Überleben der Mücken wird das Gen als “hoch konserviert” bezeichnet – das bedeutet, dass die natürliche Auslese einen starken Druck darauf ausübt, dass das Gen unverändert bleibt. Dies ist für die Entwicklung eines Gene Drives nützlich, da es bedeutet, dass sich weniger genetische “Resistenzen” entwickeln und der Gene Drive sich mit größerer Wahrscheinlichkeit problemlos ausbreiten kann. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dieses Gen für die Entwicklung des Insekts so wichtig ist, dass seine Sequenz im gesamten Anopheles-Komplex (und sogar in allen Insekten, die jemals auf dieses Gen untersucht wurden) nahezu identisch ist, was die Ausbreitung zwischen verschiedenen Arten durch horizontalen Gentransfer zu einem weiteren Risiko macht6. Dieses identische genetische Ziel, zusammen mit der Tatsache der Kreuzung, bedeutet, dass es keine Barriere mehr gibt, die den Gene Drive daran hindert, sich potenziell auszubreiten und alle 9 Arten des A. gambiae-Komplexes in Afrika zu vernichten. Sechs der bedrohten Arten spielen entweder keine oder nur eine untergeordnete Rolle bei der Malariaübertragung – nur die drei Arten A. gambiae sensu strictu, A. coluzzi und A. arabiensis gelten als wichtige Malariaüberträger7,8.

Aus einer linearen, vereinfachten Perspektive der Malariabekämpfung könnte man argumentieren, dass dies vorteilhaft ist – warum sollte man es riskieren und die Möglichkeit offen lassen, dass andere Arten des A. gambiae-Komplexes die Rolle von A. gambiae s.s. bei der Übertragung von Malaria übernehmen könnten? Diese Sorge ist berechtigt, denn es ist schon mindestens einmal vorgekommen, dass ein Vektor durch einen anderen ersetzt wurde: Anopheles funestus wurde durch Anopheles rivolurum ersetzt, nachdem der Lebensraum im ländlichen Tansania mit Insektiziden besprüht worden war9. Aus ökologischer Sicht könnte die Eliminierung des gesamten A. gambiae-Artenkomplexes jedoch eine ökologische Katastrophe bedeuten. Eine kürzlich durchgeführte bahnbrechende Studie hat gezeigt, dass die Veränderung auch nur eines Gens in einer Pflanze, auf die Insekten angewiesen sind, die Wahrscheinlichkeit des Aussterbens von Insekten erheblich erhöhen kann10. Wenn die Veränderung auch nur eines Gens negative Auswirkungen auf die biologische Vielfalt haben kann, stellt sich natürlich die Frage, was passiert, wenn 9 Arten ausgerottet werden.

Es gibt einen unglaublichen Forschungsrückstand über die ökologische Rolle von A. gambiae, und das Wenige, das es gibt, scheint hauptsächlich von Target Malaria selbst zu stammen. Um eine auch nur annähernd zufriedenstellende Risikobewertung für einen Gene Drive durchführen zu können, sollten weitere Recherchen die erste Priorität sein. Die wenigen Studien, die es gibt, zeigen jedoch eine wichtige ökologische Rolle der Moskitos; eine von Target Malaria veröffentlichte Studie zeigte, dass etwa 95 % der Larven des A. gambiae-Komplexes gefressen werden, bevor sie sich entwickeln11. Darüber hinaus zeigte eine neuere Studie, dass die Anzahl und Vielfalt von Vögeln und Libellen nach dem Einsatz eines biologischen Insektizids in Frankreich zurückging12. Auch die für das Ökosystem lebenswichtige Bestäubung ist gefährdet: Anopheles-Mücken sind nicht nur Beute für andere Insekten und Vögel, die Bestäuber sind, sondern brauchen auch Zucker zum Überleben. Die Mücken ernähren sich tatsächlich mehr vom Zucker im Nektar als von Blut. Dieses Verhalten kann auch eine direkte Rolle bei der Bestäubung spielen13.

Target Malaria hat vor kurzem den Schritt gemacht, die Ausbreitung ihres Gene Drives auf andere Stechmückenarten anzuerkennen14.  Das Hauptanliegen des Blogs und des Papiers scheint jedoch kaum mehr als ein Wortspiel und ein regulatorischer Schachzug in Bezug auf die Definition des “Zielorganismus” zu sein, um die Risikobewertung weniger kompliziert zu gestalten. Fast unerwähnt blieb dabei das ökologische Risiko, die potenzielle ökologische Zerstörung, die sich aus der Freisetzung eines Gene Drives in einen ” durchlässigen ” Moskitoartenkomplex ergeben könnte.

Diese Frage muss von Entwickler:innen und Regulierungsbehörden ernst genommen werden. Malaria ist in der Tat ein ernstes Problem, aber das Risiko eines Zusammenbruchs der Umwelt für lokale Populationen, die unmittelbar auf ein gesundes, widerstandsfähiges Ökosystem angewiesen sind, könnte ebenso tödlich oder noch tödlicher sein. Da es jedoch unmöglich ist, Gene-Drive-Organismen vor ihrer offiziellen Freigabe in der freien Natur zu testen, könnte das Ausmaß dieses Risikos übersehen werden, bis es zu spät ist. Es liegt in der Natur der Sache, dass jede Freisetzung zu einer ungehinderten Ausbreitung führen könnte, da eine ” gentechnische Kettenreaktion ” ausgelöst wird. Die derzeit vorgeschlagenen Methoden zur Rückholbarkeit von Gene Drives sind rein theoretisch, nicht erprobt und daher unzureichend, um die Situation im Bedarfsfall zu bewältigen.

Dieses Eingeständnis der wahrscheinlichen Ausbreitung des Gene Drives und des anschließenden Zusammenbruchs des A.-gambiae-Komplexes sollte zu ernsthaften Fragen darüber führen, ob dies ein sicherer, vernünftiger Weg im Kampf gegen Malaria ist. Dieses Risiko ist nur eines von vielen in der Entwicklung von Gene Drives und ein vernachlässigter Bereich der Forschung. Diese unbeantworteten Fragen haben uns und viele andere dazu veranlasst, ein weltweites Moratorium für die Freisetzung von Gene Drives zu fordern, bis diese Risiken zufriedenstellend ausgeschlossen worden sind. Um mehr über unsere politischen Empfehlungen zu erfahren, klicken Sie hier.

1,6,14John B. Connolly, Jörg Romeis, Yann Devos, Debora C.M. Glandorf, Geoff Turner, Mamadou B. Coulibaly, Gene drive in species complexes: defining target organisms, Trends in Biotechnology, 2022

2Barrón MG, Paupy C, Rahola N, Akone-Ella O, Ngangue MF, Wilson-Bahun TA, Pombi M, Kengne P, Costantini C, Simard F, González J, Ayala D. A new species in the major malaria vector complex sheds light on reticulated species evolution. Sci Rep. 2019 Oct 14;9(1):14753. doi: 10.1038/s41598-019-49065-5. PMID: 31611571; PMCID: PMC6791875.

3Fontaine MC, et al. Extensive introgression in a malaria vector species complex revealed by phylogenomics. Science (New York, N.Y.) 2015;347:1258524. doi: 10.1126/science.1258524.

4Fouet C, Gray E, Besansky NJ, Costantini C. Adaptation to Aridity in the Malaria Mosquito Anopheles gambiae: Chromosomal Inversion Polymorphism and Body Size Influence Resistance to Desiccation. PLoS ONE. 2012;7:e34841. doi: 10.1371/journal.pone.0034841.

5Kyrou K, Hammond AM, Galizi R, Kranjc N, Burt A, Beaghton AK, Nolan T, Crisanti A. A CRISPR-Cas9 gene drive targeting doublesex causes complete population suppression in caged Anopheles gambiae mosquitoes. Nat Biotechnol. 2018 Dec;36(11):1062-1066. doi: 10.1038/nbt.4245. Epub 2018 Sep 24. PMID: 30247490; PMCID: PMC6871539.

7Anopheles gambiae (African malaria mosquito, Mosquito, Malaria mosquito, ANOGA) | BCH-ORGA-SCBD-260392 | Organism | Biosafety Clearing-House (Correct as of September, 2022)

8Sinka, M.E., Bangs, M.J., Manguin, S. et al. The dominant Anopheles vectors of human malaria in Africa, Europe and the Middle East: occurrence data, distribution maps and bionomic précis. Parasites Vectors 3, 117 (2010). https://doi.org/10.1186/1756-3305-3-117

9Gillies MT, Smith A (1960) Effect of a residual house-spraying campagn on species balance in the Anopheles funestus group: The replacement of Anopheles gambiae Giles with Anopheles rivulorum Leeson. Bull Entomol Res 51: 248–252.

10Barbour, M. A., Kliebenstein, D. J., & Bascompte, J. (2022). A keystone gene underlies the persistence of an experimental food web. Science376(6588), 70-73.

11Collins CM, Bonds JAS, Quinlan MM, Mumford JD (2019). Effects of the removal or reduction in density of the malaria mosquito, Anopheles gambiae s.l., on interacting predators and competitors in local ecosystems. Med Vet Entomol 33:1.

12Jakob C, Poulin B (2016). Indirect effects of mosquito control using Bti on dragonflies and damselflies (Odonata) in the Camargue. Insect Conservation and Biodiversity 9:161.

13Foster WA (1995). Mosquito sugar feeding and reproductive energetics. Annu Rev Entomol 40:443.


Can gene drives spread between mosquito species?

Can gene drives spread between mosquito species?

The issue of Malaria in Africa has for a long time been at the forefront of the discussion about gene drive technology. Leading the research is Target Malaria, a non-profit aimed at using genetic means to eliminate malaria. However, despite the initial success in their laboratory studies, there are glaring open questions and unknowns around releasing gene drive Anopheles gambiae sensu strictu mosquitoes into the environment.

High on the list of concerns are the ecological effects. The risk to an ecological system is considerable when we are talking of eliminating just one species. However Anopheles gambiae sensu strictu is just one member of at least nine mosquito species in the ‘Anopheles gambiae complex’ (known as A. gambiae sensu lato, i.e ‘in the wider sense’), a family of mosquito species that look identical and are well-known to interbreed and produce young hybrids that are capable of breeding1. This has already been troublesome for the fight against malaria as it has been shown to lead to the exchange of mutations that help the survival of species within the complex. For example, Anopheles arabiensis acquired genes that make it resistant to dry and arid conditions through A. gambiae s.s and A. coluzzi, and A. coluzzi acquired a gene for insecticide resistance through A. gambiae s.s2,3,4. In the context of a gene drive, which actively forces inheritance of a chosen gene upon all its offspring, the consequences of the exchange of genes between species is even more concerning.

The real risk comes when the target of the gene drive is taken into account. The doublesex gene is an essential gene for sexual development, and thus the disruption of it means females develop into intersex, infertile adults that cannot reproduce5. Breeding rates drop drastically, and the population crashes. Because of its vital importance to mosquito survival, the gene is called ‘highly conserved’- this means natural selection puts a strong pressure on it remaining unchanged. This is useful to the development of a gene drive as it means that less genetic ‘resistance’ develops and the gene drive is more likely to spread without problems. However, it turns out that this gene is so vital to insect development that it remains almost identical in sequence across the whole Anopheles complex (and even across all insects ever investigated for the gene, making interspecies spread through horizontal gene transfer a further risk)6. This identical genetic target, together with the fact of interbreeding, means there is no barrier remaining preventing the gene drive potentially spreading and crashing all 9 species of the A. gambiae complex in Africa. Six of the species under threat play either no or only minor roles in malaria transmission- just the three species A. gambiae sensu strictu, A. coluzzi and A. arabiensis are considered to be major vectors of malaria7,8.

From the linear, simple perspective of malaria control, it could be argued that this is beneficial- why risk it and leave any possibility that other A. gambiae complex species could take over the role of A. gambiae s.s in transmitting malaria? This concern is justified as the replacement of one vector with another has occurred at least once, with Anopheles funestus being replaced with Anopheles rivolurum after the habitat was sprayed with insecticide in rural Tanzania9. However, from an ecological perspective, the elimination of the whole A. gambiae species complex could imply ecological catastrophe. A recent landmark study demonstrated that the alteration of even one gene in a plant that insects rely on can significantly increase the likelihood of insect extinction10. If the alteration of even one gene can have a detrimental impact on biodiversity, it leads naturally to the question of what happens when 9 species are eliminated.

There is an incredible lack of research on the ecological role of A. gambiae, and the little there is seems to be mostly from Target Malaria themselves. To carry out a risk assessment that is in any way close to satisfactory for a gene drive, this ought to be the first priority. However the few studies there are demonstrate an important ecological role of mosquitoes; one study Target Malaria published showed that around 95% of the larvae of the A. gambiae complex are eaten before they develop11. Furthermore, a recent study showed that the number and diversity of birds and dragonflies were reduced following the use of a biological insecticide12. Pollination, vital for the ecosystem, is also at risk; as well as being prey for other insects and birds that are pollinators, Anopheles mosquitoes also need sugar to survive. Mosquitoes actually need to feed on sugar through feeding on nectar more frequently than they do on blood. This behaviour may also play a direct role in pollinating13.

Target Malaria recently made the step of acknowledging the spread of their gene drive to other mosquito species14.  However, the central concern of the blog and paper seems to be little more than a game of wordplay and regulatory chess regarding how to define the ‘target organism’ for the purposes of making the risk assessment less complicated. Almost unmentioned in this was the ecological risk; the potential ecological destruction that might ensue as a result of the release of a gene drive being let loose into a ‘leaky’ mosquito species complex.

This question must be taken seriously by developers and regulators. Malaria is indeed a serious issue, but risking the effects of environmental collapse on local populations with a direct reliance on a healthy, resilient ecosystem, could be equally or more deadly. However, due to the impossibility of trialling gene drive organisms in the wild before their official release, the extent of this risk could be overlooked until it is too late. The very nature of their design dictates that any release could result in their unfettered spread, due to the ‘genetic chain-reaction’ that ensues. The current methods suggested to reverse gene drives are entirely theoretical, untested and therefore insufficient to use to remedy the situation should the need arise.

This acknowledgement of the likely spread of the gene drive and subsequent crash of the A. gambiae complex should lead to serious questions around whether this is a safe, reasonable avenue to pursue in the fight against malaria. This risk is just one of many in the story of gene drives and is a neglected area of research. These unanswered questions have led us and many others to call for a global moratorium on the release of gene drives until these risks have been satisfactorily ruled out. To read more on our policy recommendations, click here.

1,6,14John B. Connolly, Jörg Romeis, Yann Devos, Debora C.M. Glandorf, Geoff Turner, Mamadou B. Coulibaly, Gene drive in species complexes: defining target organisms, Trends in Biotechnology, 2022

2Barrón MG, Paupy C, Rahola N, Akone-Ella O, Ngangue MF, Wilson-Bahun TA, Pombi M, Kengne P, Costantini C, Simard F, González J, Ayala D. A new species in the major malaria vector complex sheds light on reticulated species evolution. Sci Rep. 2019 Oct 14;9(1):14753. doi: 10.1038/s41598-019-49065-5. PMID: 31611571; PMCID: PMC6791875.

3Fontaine MC, et al. Extensive introgression in a malaria vector species complex revealed by phylogenomics. Science (New York, N.Y.) 2015;347:1258524. doi: 10.1126/science.1258524.

4Fouet C, Gray E, Besansky NJ, Costantini C. Adaptation to Aridity in the Malaria Mosquito Anopheles gambiae: Chromosomal Inversion Polymorphism and Body Size Influence Resistance to Desiccation. PLoS ONE. 2012;7:e34841. doi: 10.1371/journal.pone.0034841.

5Kyrou K, Hammond AM, Galizi R, Kranjc N, Burt A, Beaghton AK, Nolan T, Crisanti A. A CRISPR-Cas9 gene drive targeting doublesex causes complete population suppression in caged Anopheles gambiae mosquitoes. Nat Biotechnol. 2018 Dec;36(11):1062-1066. doi: 10.1038/nbt.4245. Epub 2018 Sep 24. PMID: 30247490; PMCID: PMC6871539.

7Anopheles gambiae (African malaria mosquito, Mosquito, Malaria mosquito, ANOGA) | BCH-ORGA-SCBD-260392 | Organism | Biosafety Clearing-House (Correct as of September, 2022)

8Sinka, M.E., Bangs, M.J., Manguin, S. et al. The dominant Anopheles vectors of human malaria in Africa, Europe and the Middle East: occurrence data, distribution maps and bionomic précis. Parasites Vectors 3, 117 (2010). https://doi.org/10.1186/1756-3305-3-117

9Gillies MT, Smith A (1960) Effect of a residual house-spraying campagn on species balance in the Anopheles funestus group: The replacement of Anopheles gambiae Giles with Anopheles rivulorum Leeson. Bull Entomol Res 51: 248–252.

10Barbour, M. A., Kliebenstein, D. J., & Bascompte, J. (2022). A keystone gene underlies the persistence of an experimental food web. Science376(6588), 70-73.

11Collins CM, Bonds JAS, Quinlan MM, Mumford JD (2019). Effects of the removal or reduction in density of the malaria mosquito, Anopheles gambiae s.l., on interacting predators and competitors in local ecosystems. Med Vet Entomol 33:1.

12Jakob C, Poulin B (2016). Indirect effects of mosquito control using Bti on dragonflies and damselflies (Odonata) in the Camargue. Insect Conservation and Biodiversity 9:161.

13Foster WA (1995). Mosquito sugar feeding and reproductive energetics. Annu Rev Entomol 40:443.


The need for horizon scanning and technology assessment to address the evolving nature of genetic engineering

This is an excerpt of the Briefiing Paper by the Thrid World Network published in June 2022

Introduction

The governance and regulation of advancing life and agricultural sciences is lagging behind technical innovations and our evolving understanding of the science underpinning genetic engineering technologies. Such technologies, mainly in the form of transgenic techniques, were first commercialized nearly three decades ago, though few traits have reached the market. With advances in science and technology, the field is attempting to explore new genetic engineering techniques that can expand the scope, applicability and depth of intervention.

New genetic engineering techniques, however, are evolving beyond the current scope of legal definitions, risk governance and consent mechanisms, with interventions increasingly moving towards ecosystem-wide projects for crop, human health and climate or biodiversity conservation interventions (Greiter et al., 2022; Heinemann, 2019; Sirinathsinghji, 2019). Such advances at the technical level are raising novel biosafety risks that urgently warrant updated assessment methodologies and regulations to address significant biosafety knowledge gaps and increasing levels of uncertainty about how these technologies will impact biodiversity and human health.

Moreover, thorough scrutiny of their potential limitations to alleviate the societal problems they are purported to address, and which existing living modified organisms (LMOs) have not been able to combat, is also needed. Indeed, many of the original concerns raised about LMO commercialization have been borne out, including efficacy problems and unintended agronomic and ecological effects resulting in repeated crop failures and economic damage, particularly for smallholder farmers (for example, see ENSSER, 2021; Kranthi & Stone, 2020; Luna & Dowd-Uribe, 2020; Wilson, 2021). While new technologies are being developed to address the problems that first-generation LMOs failed to solve, proponents are again hyping up the potential benefits and making blanket claims about safety.

In this context, it is imperative that horizon scanning and technology assessment are fully operationalized to protect biodiversity and human health from the new genetic engineering technologies, including synthetic biology, that are yet to be fully understood, and currently difficult, if not impossible, to control, reverse or recall from the environment following release.

(....)

Gene drive technologies

Gene drive technologies are a form of genetic engineering designed to skew inheritance of the engineered trait such that most, if not all, offspring will inherit the trait, with the aim of rapidly “driving” it through a population. Various applications have been proposed, with the most advanced and promoted being gene drive mosquitoes that aim to reduce vector-borne disease burden, such as malaria or dengue fever. The Target Malaria project aims to use gene drives to eliminate mosquito populations (population suppression) by spreading infertility or gender-bias traits, while other projects aim to alter transmission (population modification) of disease pathogens to humans. Agricultural applications such as the elimination of pests, as well as conservation applications such as the elimination of invasive species, are also envisaged (CSS et al., 2019).

Various molecular mechanisms are being deployed to achieve the driving characteristic, the most common being the use of genome editing technologies such as CRISPR systems. These are incorporated into the gene drive organism in order to carry out genetic engineering “live” inside wild organisms, “cutting and
pasting” transgenic DNA at each generation for perpetuity. Described as transferring the laboratory to the field (Simon et al., 2018), rather than the genetic engineering being performed in the laboratory where, in theory, it can be assessed for biosafety concerns, the continuing engineering process means that any
unintended effect cannot be ruled out prior to release.

Unintended effects at the molecular level have been widely documented with genome editing techniques such as those deployed for gene drives. These include on-target and off-target effects, novel protein production and cellular impacts (e.g., see Agapito-Tenfen et al., 2018; Biswas et al., 2020; Brunner et al., 2019; GeneWatch UK, 2021; Ihry et al., 2018; Kawall, 2019; Norris et al., 2020; Ono et al., 2019; Skryabin et al., 2020; Tuladhar et al., 2019), with next-generation effects (Zhang et al., 2018). These unintended effects may continue to occur or accumulate following release, and spread with unknown consequences with regard to their interaction with the environment, pathogens or humans who may be exposed to gene drive organisms and any pathogen within them. The evolutionary impacts of such nextgeneration effects are completely unknown, and raise novel challenges to risk assessment methodologies, as concluded by the Cartagena Protocol on Biosafety’s Ad Hoc Technical Expert Group (AHTEG) on Risk Assessment and Risk Management (AHTEG, 2020).

Unlike existing LMOs, gene drives are designed to spread and persist. The ecological consequences of this are unknown, for example any potential impacts on the target organism’s wider food webs, or non-target organisms that are connected via gene flow to the target organism itself. Ecological effects may take decades to become visible, and are notoriously difficult to study. Using gene drives to remove invasive species can have unexpected detrimental effects if functional roles within ecosystems have been embedded (Lim & Traavik, 2007; Sirinathsinghji, 2020). Such interventions also introduce the risk that they may spread to the target organism within its native range, with potentially serious ecological harm.

Discussions around disease applications have also not given sufficient consideration to potential negative impacts on disease epidemiology. How any unintended or intended effect may impact on disease transmission is unknown and difficult to assess prior to release (Beisel & Boëte, 2013; Sirinathsinghji, 2020). For example, how the modifications may alter disease transmission, or pathogenicity of the target (or non-target) pathogen, particularly with population modification drives that will exert pressure on the pathogens to evolve around the modified trait. Most crucially, such risks, as partially acknowledged by developers (James et al., 2020), cannot be comprehensively assessed in the lab. Moreover, the capacity for vectors to transmit disease is mediated by wider environmental factors, e.g., bacterial symbionts in mosquitoes. How the genetic engineering process impacts on these factors is highly uncertain. Further, whether gene drives will positively impact disease epidemiology, even if they are capable of reducing mosquito numbers, is still questionable.

Finally, gene drives are currently irreversible, and there are no existing strategies to recall, reverse or mitigate a gene drive release. While there are proposals to release mitigating drive systems in response to a gene drive going awry, these only add uncertainty and complexity, with research recently demonstrating unintended genetic effects with some techniques in laboratory flies (Xu et al., 2020). How different genetic elements interact once multiple systems are released into the environment, with continued development of novel gene drive systems, adds yet more uncertainty and complexity that warrant horizon scanning to continually monitor such developments. New developments are also taking place in bacterial systems with applications for addressing antibiotic resistance and bacterial infections, by taking advantage of the natural processes of horizontal gene transfer in bacteria. These developments have thus far garnered little attention but require further monitoring.

Technology assessment that incorporates not only biosafety, but also suitability, ethical and political considerations, is needed. Issues around consent, particularly in obtaining the free, prior and informed consent of potentially affected IPLCs, are critical and part of the broader discussions around gene drives. Social, political and commercial determinants of disease need to be taken into account when weighing up potential costs and benefits of gene drive applications. A narrow focus on vector control may risk marginalizing key health determinants such as strengthening healthcare systems, access to treatments, poverty alleviation and wider sanitation interventions, which should be incorporated into the technology assessment discussions.

(....)

Conclusion

Genetic engineering technologies and their applications are rapidly evolving. They are, however, being framed by proponents as safe, necessary or even as falling outside of LMO definitions, in various attempts to avoid the scrutiny required to protect against potential risks to biodiversity. Emerging techniques such as genome editing that are being applied to crops, gene drive technologies, genetically engineered viruses, HEGAAs and more, pose a plethora of risks and unintended effects, which are already notably acknowledged in biomedical fields (Burgio & Teboul, 2020; Ledford, 2020; National Academy of Medicine (U.S.) et al., 2020).

Nonetheless, proponents are intending to release these technologies into the environment, with explicit intent to increase the scale and levels of intervention beyond agroecosystems, directly into wild species and ecosystems. Reduction of genetic diversity, even at the level of a single gene, can impact food webs and ecosystems, such that even without unintended effects of the genetic engineering process itself, the impacts of altering genes in open settings are unpredictable, with potential adverse effects (Barbour et al.,2022). Genetic changes by human activity can bypass the processes of evolution for their establishment and spread in nature (Heinemann et al., 2021), raising new levels of uncertainty and risk. Moreover, this will occur in the context of fundamental knowledge gaps around how such interventions will interact with complex, wild ecosystems.

Gene drives, RNAi and genetically engineered viruses are just a few examples of some technologies on the horizon or already reaching markets. More applications, including of synthetic biology, and new genetic technologies are in the pipeline.

It is imperative that there is:

  1. horizon scanning so that regulators and policy makers can keep abreast of the science, have information relevant for risk assessment and risk management, and thus be adequately prepared for whatever technologies are approaching; and
  2. technology assessment so that these new technologies can be robustly assessed, not just for their environmental and human health impacts, but also for their social, cultural and ethical implications. The CBD, as the near-universal legally binding treaty governing biodiversity, must therefore include and operationalize horizon scanning and technology assessment, including in its post-2020 Global Biodiversity Framework.

Graphic on a white background of two open hands making space for a whale, turtle, eagle, butterfly and trees, whater and sand.

The UN CBD working group is meeting in Kenya these days

What is happening in Nairobi?

Kenya is currently hosting the Fourth Open Ended Working Group on the Post-2020 Global Biodiversity Framework. Delegates from all countries that are part of the United Nations Convention on Biological Diversity are gathering at UN Environment Programme headquarters in Nairobi from the 21st to the 26st of June to discuss goals and targets for the proposed post-2020 Global Biodiversity Framework that will be internationally agreed upon at the full meeting of the UN Convention on Biological Diversity that will be held later in the year. If well designed, this framework could be key to halt and reverse biodiversity loss in the coming decade, a global agreement on halting biodiversity loss comparable to the Paris Agreement on climate change.

Proposed targets range from the protection of the oceans and forests to limiting the adverse impacts business activities have on biodiversity. National delegates, but also NGOs, Youth, Indigenous People, Women and Academics can comment on the targets being discussed and thereby shape what states have to live up to until 2030

Why is the Stop Gene Drive Campaign there?

Stop Gene Drives Campaign is keenly watching all the targets being discussed in Nairobi relating to the assessment, management and regulation of new biotechnologies such as gene drives. Target 17 of the proposed GBF relates to biosafety and deals with potential adverse impacts of biotechnology on global biodiversity. Target 6 deals with invasive species - Gene Drives have been proposed to eliminate them. You can read why we believe that this is a very bad idea here.

A number of other targets relate to horizon-scanning of new technologies for potential threats of new and emerging technologies and to building the foundations for the kind of broad and inclusive risk and technology assessment needed for far-reaching, untested technologies like gene drives.

How to keep up to date?

The voice of civil society at the negotiations can be heard through the CBD Alliance’s daily publication ECO, which you can read online through the link to keep up to date with developments at the meeting in Nairobi. You can also follow them on Twitter to make sure to get notified when the journal is out. We furthermore suggest to follow what the Global Youth Biodiversity Network is posting, because they are a very active part of the civil society from around the world. The Indigenous People Caucus is also posting daily updates! And if you are not doing it already, you can follow us on Twitter and sign up for our newsletter!


Menschen bei Petitionsübergabe auf grünem Gras.

300,000 EU citizens call on German environmental minister Steffi Lemke: Stop Gene Drives!

Berlin, 31 May 2022 – Almost 300,000 citizens of the European Union are calling for a global moratorium on the first field release of genetically modified gene drive organisms. The associations Save Our Seeds, the Aurelia Foundation and the Munich Environmental Institute, which are part of the European Stop Gene Drive campaign, handed over a petition to this effect to the German environmental minister Steffi Lemke in Berlin on 31st of May 2022. Enabled by the novel genetic engineering method called gene drive, wild species could be manipulated or even completely eradicated in the future – with unforeseeable consequences for ecosystems.

Gene drives are produced with the help of the new genetic engineering techique CRISPR-Cas. Gene drives can genetically modify or even eradicate entire populations of animals and plants in nature. The so-called gene drive overrides basic principles of evolution and forces the inheritance of a genetic trait to all offspring. This triggers a genetic chain reaction that only stops when all individuals of the affected animal or plant species carry this genetic modification – or have been exterminated. This is intended, for example, to combat disease-carrying insects, invasive species or so-called crop pests in industrial agriculture.

So far, gene drives have only been tested in the laboratory. Now, the research consortium ‘Target Malaria’ in the West African country of Burkina Faso wants to release gene drives into nature for the first time. The goal is to eradicate a mosquitoe species that transmits malaria. But what sounds promising carries enormous risks: once released into the wild, gene drives can neither be retrieved nor can their further development and spread be controlled. If gene drive organisms spread, they could further accelerate the already rapid extinction of species.

At the handover event with German environmental minister Lemke on Leipziger Platz in Berlin, an installation of giant toppling dominoes vividly depicted the risks posed by the gene drive process.

“A genetic chain reaction triggered by Gene Drive organisms could destabilize entire ecosystems and, in extreme cases, cause them to collapse. Every gene drive release – even if it is “only” for experimental purposes – can have unforeseeable and irreversible consequences for pollinator and food webs, already weakened by climate change and high death rate of insects. We urgently need a global gene drive moratorium!”

warns Bernd Rodekohr, manager of the project “Protect the bee from genetic engineering” at the Aurelia Foundation.

“Gene drive organisms do not respect borders and can spread globally,” says the coordinator of the Stop Gene Drive campaign, Mareike Imken. “So far, the global community has neither sufficient knowledge nor binding international agreements under which such a fundamental, irreversible intervention in nature could be regulated.”

The possible use of gene drives is on the agenda of the 15th United Nations Conference of the Parties to the Convention on Biological Diversity (UN CBD), scheduled for autumn in China. EU environment ministers will adopt their common position on the issue in June.

Sophia Guttenberger of the Munich Environmental Institute demands: “Instead of playing Russian roulette with evolution by genetically modifying wild species, we must finally stop the already rapid extinction of species by strengthening the resilience of our ecosystems and stop destroying them everywhere on earth.”

The German envionmental minister Steffi Lemke said at the petition handover:

“I believe that humanity and also science would overestimate themselves with Gene Drives. That’s why I will of course try to reach a position at the Environmental Council of Ministers in June that is based on the European precautionary principle.”

Background:

Gene drive technology uses genetic engineering methods such as the ‘gene scissors’ CRISPR/Cas to introduce certain traits into wild animal and plant populations. For example, if genes that influence fertility or sex are manipulated, entire populations can be wiped out. However, gene drives could also make so-called agricultural pests susceptible to chemical or biological substances or change other characteristics. To do this, both the new trait and the genetic engineering mechanism (CRISPR/Cas) are passed on. In this way, the genetic manipulation continues independently in nature. This “genetic chain reaction” causes all offspring to inherit the desired trait until the entire population or species is genetically modified or eradicated.

Since 2018, the regulation of gene drives has been the subject of controversial debate under the UN Convention on Biological Diversity (UN CBD). At the last Conference of the Parties in Sharm el Sheik, some initial precautionary conditions for release were recommended. But many questions remain unanswered – including, above all, how and by whom the decision on a release of gene drive organisms would have to be taken in view of transboundary spread and unforeseeable ecological, health, economic and social consequences. The existing procedures under the internationally binding Cartagena Protocol of the CBD on Biosafety so far only regulate the intended transfer of genetically modified organisms (e.g. seeds) as products across individual borders. Gene drive organisms, on the other hand, are not products and spread independently in all regions where the target organism is currently present or will be present in the future. In this respect, all potentially affected countries would have to give their consent to a release in advance. Currently, however, only international guidelines for the risk assessment of gene drive organisms and a general process for the technology assessment of new biotechnological processes are on the agenda of the negotiations within the framework of the UN Convention on Biological Diversity. Goal 17 of the planned Global Framework for Biodiversity deals with the prevention of biodiversity damage due to the use of biotechnologies.

Further links:

– For the Stop Gene Drive Campaign’s recommendations on the design of a global gene drive moratorium: https://www.stop-genedrives.eu/en/policy-recommendations/

– To the brochure “Gene Drives. The new dimension of genetic engineering. Applications, risks and regulation.” https://www.stop-genedrives.eu/en/own-publications/

– 15-minute short documentary on the risks and challenges posed by gene drive technology: https://www.youtube.com/watch?v=PLt6ILhQZ7E&t=4s&ab_channel=SaveourSeeds

– All important information about the Stop Gene Drive campaigns on this website and on Twitter.

Press contact:

Mareike Imken
Coordinator of the Stop Gene Drive Campaign
Save our Seeds / Berlin Office of the Future Foundation for Agriculture in the GLS Trust
E-mail: imken[at]saveourseeds.org
Mobile: 0151-53112969
Web: www.stop-genedrives.eu


Menschen bei Petitionsübergabe auf grünem Gras.

300.000 EU- Bürger*innen appellieren an Umweltministerin Lemke: Gene Drives stoppen!

Pressemitteilung

Appell an Umweltministerin Lemke: fast 300.000 Bürger*innen sagen nein zu Gene Drives

Berlin, 31. Mai 2022. Mehr als 300.000 Bürger:innen der Europäischen Union fordern, die ersten Freiland-Experimente mit gentechnisch veränderten Gene-Drive-Organismen durch ein globales Moratorium zu unterbinden. Die in der europäischen „Stop Gene Drive“-Kampagne organisierten Verbände Save Our Seeds, die Aurelia Stiftung und das Umweltinstitut München haben heute in Berlin eine entsprechende Petition an Umweltministerin Steffi Lemke übergeben. Mit dem Gentechnikverfahren Gene Drive könnten zukünftig wildlebende Arten manipuliert oder sogar ganz ausgerottet werden – mit nicht absehbaren Folgen für die Ökosysteme.

Gene Drives werden mit Hilfe des neuen Gentechnikverfahrens CRISPR-Cas hergestellt. Sie können ganze Populationen von Tieren und Pflanzen in der Natur gentechnisch verändern oder auch ausrotten. Der sogenannte Gene Drive setzt Grundprinzipien der Evolution außer Kraft und erzwingt die Vererbung einer genetischen Eigenschaft an sämtliche Nachkommen. Damit wird eine gentechnische Kettenreaktion ausgelöst, die erst dann aufhört, wenn alle Individuen der betroffenen Tier- oder Pflanzenart diese gentechnische Veränderung in sich tragen - oder aber ausgerottet worden sind. Damit sollen zum Beispiel krankheitsübertragende Insekten, invasive Arten oder so genannte Ernteschädlinge in der industriellen Landwirtschaft bekämpft werden.

Getestet wurden Gene Drives bislang ausschließlich im Labor. Nun möchte das Forschungskonsortium ‚Target Malaria‘ im westafrikanischen Burkina Faso erstmals Gene Drives in die Natur freisetzen. Das Ziel: Eine Malaria übertragende Mückenart soll ausgerottet werden. Doch was vielversprechend klingt, birgt enorme Risiken: Einmal in die Natur freigesetzt, können Gene Drives weder zurückgeholt werden noch ihre weitere Entwicklung und Ausbreitung kontrolliert werden. Wenn sich Gene-Drive-Organismen ausbreiten, könnten sie das ohnehin rasende Artensterben noch weiter beschleunigen.

Bei der Übergabeaktion mit Umweltministerin Lemke auf dem Leipziger Platz in Berlin stellte eine Installation aus riesigen kippenden Dominosteinen anschaulich die Risiken dar, die das Gene-Drive-Verfahren birgt.

„Eine durch Gene Drive Organismen ausgelöste gentechnische Kettenreaktion könnte ganze Ökosysteme destabilisieren und im Extremfall kollabieren lassen. Jede Gene Drive Freisetzung - und sei es „nur“ zu Versuchszwecken - kann unabsehbare und irreversible Folgen für die durch Klima­wandel und Insektensterben geschwächten Bestäuber- und Nahrungsnetze haben. Wir brauchen dringend ein weltweites Gene Drive Moratorium!“

warnt Bernd Rodekohr, Projektleiter „Schützt die Biene vor Gentechnik“ bei der Aurelia Stiftung.

"Gene-Drive-Organismen kennen grundsätzlich keine Grenzen und können sich weltweit ausbreiten,“ sagt die Koordinatorin der Stop-Gene-Drive-Kampagne von SOS, Mareike Imken. „Bisher verfügt die Weltgemeinschaft weder über ausreichendes Wissen noch über verbindliche internationale Vereinbarungen, nach denen ein derart fundamentaler, unumkehrbarer Eingriff in die Natur geregelt werden kann.“

Der mögliche Einsatz von Gene Drives steht auf der Tagesordnung der 15. Vertragsstaatenkonferenz der Vereinten Nationen zum Schutz der Artenvielfalt (UN CBD), die im Herbst in China geplant ist. Die Umweltminister*innen der EU legen ihre gemeinsame Position dazu im Juni fest.

Sophia Guttenberger vom Umweltinstitut München fordert: „Anstatt durch die gentechnische Veränderung wildlebender Arten russisches Roulette mit der Evolution zu spielen, müssen wir das bereits jetzt rasende Artensterben endlich stoppen, indem wir die Widerstandfähigkeit unserer Ökosysteme stärken und aufhören, sie überall auf der Erde zu zerstören.“

Umweltministerin Steffi Lemke sagte bei der Petitionsübergabe:

„Ich glaube, dass sich die Menschheit und auch die Wissenschaft mit Gene Drives überschätzen würde. Deshalb werde ich beim Ministerrat im Juni natürlich versuchen eine Position zu erreichen, die sich am europäischen Vorsorgeprinzip orientiert.“

Hintergrund:

Die Gene-Drive-Technologie nutzt gentechnische Methoden wie die ‚Genschere‘ CRISPR/Cas, um bestimmte Eigenschaften in wildlebende Tier- und Pflanzenpopulation einzuführen. Werden dabei Gene, die z.B. Fruchtbarkeit oder Geschlecht beeinflussen manipuliert, können ganze Populationen ausgerottet werden. Gene Drives könnten aber auch sogenannte landwirtschaftliche Schädlinge für chemische oder biologische Substanzen anfällig machen oder andere Eigenschaften verändern. Dazu wird sowohl die neue Eigenschaft als auch der gentechnische Mechanismus (CRISPR/Cas) weitervererbt. So setzt sich die gentechnische Manipulation selbstständig in der Natur fort. Diese „gentechnische Kettenreaktion“ bewirkt, dass sämtliche Nachkommen die gewünschte Eigenschaft erben, bis die gesamte Population oder Art gentechnisch verändert oder ausgerottet ist.

Seit 2018 wird die Regulierung von Gene Drives im Rahmen der UN Biodiversitätskonvention (UN CBD) kontrovers diskutiert. Auf der letzten Vertragsstaatenkonferenz in Sharm el Sheik wurden einige erste vorsorgeorientierte Bedingungen für eine Freisetzung empfohlen. Doch viele Fragen bleiben unbeantwortet – darunter vor allem, wie und von wem angesichts einer grenzüberschreitenden Ausbreitung und unvorhersehbarer ökologischer, gesundheitlicher, wirtschaftlicher und sozialer Folgen die Entscheidung über eine Freisetzung von Gene Drive Organismen getroffen werden müsste. Die bestehenden Verfahren im Rahmen des international verbindlichen Cartagena-Protokolls der CBD über die biologische Sicherheit regeln bislang nur den beabsichtigten Transfer von gentechnisch veränderten Organismen (z.B. Saatgut) als Produkte über einzelnen Grenze hinweg. Gene-Drive-Organismen sind dagegen keine Produkte und verbreiten sich selbständig in allen Regionen, in denen der betroffene Organismus gegenwärtig oder zukünftig vorkommt. Insofern müssten alle potenziell betroffenen Länder im Voraus ihre Zustimmung zu einer Freisetzung geben. Aktuell stehen bei den Verhandlungen im Rahmen der UN Biodiversitätskonvention jedoch lediglich internationale Leitlinien zur Risikobewertung von Gene Drive Organismen und ein genereller Prozess zur Technikfolgenabschätzung von neuen biotechnologischen Verfahren auf der Tagesordnung. In dem geplanten neuen Rahmenabkommen zum Schutz der Biodiversität befasst sich dessen Ziel 17 mit der Abwendung von Biodiversitätsschäden aufgrund des Einsatzes von Biotechnologien.

Weitere Links:

Pressekontakt:

Mareike Imken
Koordinatorin der Stop Gene Drive Kampagne
Save our Seeds / Berliner Büro der Zukunftsstiftung Landwirtschaft in der GLS Treuhand
E-Mail: imken@saveourseeds.org; Mobil: 0151-53112969 Web: www.stop-genedrives.de


Mosquito sitting on a yellow and white flower.

Welche Risiken sind wir bereit einzugehen, um Malaria (vielleicht) zu beenden?

Welche Risiken sind wir bereit einzugehen, um Malaria (vielleicht) zu beenden?

Nach einem enormen Rückgang der Malariafälle in den letzten zwei Jahrzehnten ist Malaria wieder auf dem Vormarsch. Im Jahr 2020 starben 677.000 Menschen an Malaria, darunter sind 80 % Kinder unter 5 Jahren. Malaria ist nicht nur tödlich, sondern verschlechtert auch die Lebensgrundlagen ganzer Familien, Gemeinschaften und Länder: Bauern, die ihr Saatgut nicht rechtzeitig aussäen können, Mütter, die ihre Erträge nicht auf den Märkten verkaufen können, um ihren Lebensunterhalt zu verdienen, oder Kinder, die nicht zur Schule gehen und von Bildung profitieren können – ein Teufelskreis der Armut. Einige Wissenschaftler:innen schlagen jetzt vor, dass eine neue Technologie namens Gene Drive einen Wendepunkt bei der Malariabekämpfung darstellen könnte.

Gene Drives – die Manipulation der DNA von Mücken, um ein Ausrottungs-Gen weiterzuvererben

Das Forschungskonsortium Target Malaria, das hauptsächlich von der Bill & Melinda Gates Foundation und dem Open Philanthropy Fund finanziert wird, entwickelt im Labor gentechnisch veränderte Stechmücken, die entweder alle Nachkommen männlich oder alle weiblichen Nachkommen unfruchtbar machen würden. Sie verwenden die Crispr-Cas-Methode, um ein System in die DNA einzupflanzen, das sich bei der Paarung der Mücken repliziert und dafür sorgt, dass sich dieses Gen in der wilden Mückenpopulation verbreitet. Während einige hoffen, dass dies die Wunderwaffe zur Unterdrückung von Mückenpopulationen und zur Unterbrechung des Übertragungszyklus sein könnte, wirft diese bislang ungetestete, risikoreiche Technologie grundlegende Fragen für die Menschheit auf: Wie weit sind wir bereit zu gehen, wie hoch dürfen die Risiken und Ungewissheiten sein, um eine Hypothese zu testen?

Die Risiken von Gene-Drive-Mücken

Die Risiken und Folgen der Gentechnik sind sehr schwer abzuschätzen, vor allem, wenn der Organismus in freier Wildbahn lebt und sich dort fortpflanztl. Denn Gene beeinflussen nicht nur die körperliche Gestalt von Tieren, sondern auch ihr Verhalten, ihre Interaktionen mit anderen Arten und die Art und Weise, wie Bakterien und Parasiten sie beeinflussen. Eine Unterdrückung bzw. Ausrottung von Genen hätte Auswirkungen auf das gesamte Nahrungsnetz und würde wahrscheinlich bedeuten, dass ihre ökologische Nische von einer anderen Art eingenommen wird und dass dem Plasmodium-Parasiten (welcher die Malaria verursacht) ein Wirt fehlt. Mit unbekannten Folgen. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass die  gentechnisch veränderten Gene von den Mücken durch “horizontalen Gentransfer” an andere Arten weitergegeben werden und auch deren Populationen dezimieren. Wenn dies so genannte ‘wichtige Arten’ betreffen würde, könnten die Ökosysteme zusammenbrechen oder schwer geschädigt werden.

Zum jetzigen Zeitpunkt der Forschung wissen die Wissenschaftler nicht, ob die Gene für den Menschen giftig sein könnten oder allergische Reaktionen hervorrufen. Außerdem könnte die zu erwartende Verhaltensänderung der Mücken zu vermehrten Stichen und einer verstärkten Übertragung von Malaria führen. Wenn Menschen Tiere essen, die sich vorher von gentechnisch veränderten Mücken ernährt haben, könnten sie auch unter sekundären toxischen Wirkungen und allergischen Reaktionen leiden. Und nicht zuletzt könnte, wenn die Anopheles-Gambiae-Mücke ausgerottet wird, eine andere Mücke ihren Platz einnehmen und die Belastung durch andere Krankheiten erhöhen.

Gentechnisch veränderte Stechmücken könnten – wie beim Menschen – giftig für die Viehbestände sein, neue Krankheiten übertragen oder sogar – kontraintuitiv – die Übertragung von Malaria verstärken.

Mückenlarven spielen in Gewässern eine wichtige Rolle. Gentechnisch veränderte Larven könnten giftig sein und sich negativ auf das Trinkwasser sowie die Flora und Fauna von Gewässern auswirken.

Da diese Technologie noch sehr neu ist, stehen Studien und Diskussionen über ihre Risiken und möglichen negativen Folgen sowie über die Art der erforderlichen globalen Governance und internationalen Regulierung natürlich noch ganz am Anfang. So wurden beispielsweise noch nicht einmal Leitfäden für die Risikobewertung von der Weltgemeinschaft in Auftrag gegeben. Hinzu kommt, dass eine Fülle wichtiger politischer, sozioökonomischer, kultureller und ethischer Fragen unbehandelt und unbeantwortet bleibt.  Wer sollte beispielsweise in den Entscheidungsprozess einbezogen werden und wer sollte vor einer Freisetzung konsultiert werden?  Würde es ausreichen, dass eine nationale Regierung, wie die burkinische Regierung, eine solche Freilassung genehmigt und die örtlichen Dorfvorsteher:innen ihre Zustimmung geben?  Wie müssten Entscheidungsprozesse gestaltet werden, um die international verankerten Rechte indigener Völker und lokaler Gemeinschaften zu wahren, sich gegen Projekte auszusprechen zu können, die sie und ihre Gebiete oder Lebensweise beeinträchtigen könnten? Wer wäre verantwortlich und wer müsste für Entschädigungen aufkommen, wenn die Gene Drive Mücken Grenzen überschreiten und negative Auswirkungen auf Ökosysteme oder die Landwirtschaft haben?

Gleichzeitig gibt es bereits Maßnahmen, die in der Vergangenheit dazu beigetragen haben, Malaria in Ländern wie zuletzt China und El Salvador zu beenden. Diese beiden Länder sind seit 2021 offiziell von der WHO als malariafrei erklärt worden, und folgen auf Algerien und Argentinien im Jahr 2019.

Was waren bisher die erfolgreichsten Mittel zur Malariabekämpfung?

Untersuchungen zeigen, dass das wichtigste Instrument für den Rückgang der Malaria seit dem Jahr 2000 mit insektizid behandelte Bettnetze sind. Etwa 65 % der zwischen 2000 und 2015 erzielten Fortschritte sind auf den Einsatz dieser Netze zurückzuführen.

Schlechte Wasser- und Sanitärverhältnisse werden mit einer Reihe von Krankheiten in Verbindung gebracht, unter anderem mit dem Auftreten von Malaria. Eine bessere Abwasserentsorgung wäre ein ganzheitlicher Ansatz zur Bekämpfung von Malaria und gleichzeitig zur Bekämpfung von Durchfallerkrankungen und Infektionen der Atemwege, an denen jedes Jahr Millionen von Kindern sterben. Weitere Untersuchungen zeigen, dass gute sanitäre Einrichtungen und Wasserleitungen mit einem geringeren Auftreten von Malaria in der Bevölkerung verbunden sind. Dr. Sory, Epidemiologe und Berater im Bereich öffentliche Gesundheit, teilt diese Ansicht und glaubt, dass Abwassersysteme die Malariabelastung erheblich verringern würden.

Artemisinin, ein traditionelle Heilmittel gegen Malaria, wurde von der Nobelpreisträgerin Tu Youyou wiederentdeckt. Artemisinin ist ein Bestandteil der Artemisia-Pflanze. Medikamente gegen Malaria enthalten heute oft Artemisinin und können alle heute vorkommenden Malariaarten heilen. Erste Untersuchungen deuten darauf hin, dass ein mit der Artemisia-Pflanze zubereiteter Tee präventive und heilende Wirkungen haben kann. Es scheint, dass eine andere Pflanze aus der Familie der Artemisia, Artemisia Afra, ähnliche Wirkungen haben könnte, ganz ohne Artemisinin zu enthalten. Lucile Cornet-Vernet und Arnaud Nouvion von der Maison de l’Artémisia erklärten in unserem Interview, es seien weitere klinische Studien erforderlich, um ein für alle Mal zu beweisen, dass diese Pflanzen wirken. Bislang fordert die WHO, die Pflanze nicht als Tee zu verwenden, um keine Resistenz gegen Artemisinin zu verursachen. Resistenzen gegen Artemisinin sind in Südostasien entdeckt worden, aber bisher nicht in Afrika. Lucile Cornet-Vernet weist darauf hin, dass die Pflanze in China seit etwa 2000 Jahren verwendet wird und dort noch keine Resistenzen entdeckt wurden. Außerdem enthält die Pflanze eine Vielzahl von Bestandteilen, die Malaria heilen könnte, so dass sie eine “Polytherapie” darstellt. Der Zugang zu Ärzten und Ärztinnen, die Malaria diagnostizieren und das Medikament verschreiben, sowie die finanziellen Mittel, um sie sich leisten zu können, sind hier der limitierende Faktor. Aber auch der Zugang zu Saatgut oder Artemisia-Blättern, um sich selbst zu heilen, könnte nützlich sein, wenn klinische Studien durchgeführt werden können und kein Zusammenhang mit der Entstehung von Resistenzen hergestellt werden kann.

Es gibt eine Vielzahl von Mückenschutzmitteln, die den Menschen zwischen 3 bis 10 Stunden vor Mückenstichen schützen können. Da die meisten Mücken abends/nachts stechen, ist dieser Schutz sehr hilfreich, wenn man spät abends unterwegs ist. Viele von ihnen haben chemische Inhaltsstoffe, einige pflanzliche. Von denen mit pflanzlichen Wirkstoffen empfiehlt die Deutsche Gesellschaft für Tropenmedizin, Reisemedizin und globale Gesundheit nur solche mit Zitroneneukalyptusöl und weist darauf hin, dass für die anderen pflanzlichen Abwehrsprays zu wenig Studien durchgeführt wurden. Dies könnte ein Weg sein, den es zu erforschen lohnt.

Eine frühzeitige Erkennung der Malaria hilft erstens den Menschen, so schnell wie möglich die benötigten Medikamente zu erhalten und die Auswirkungen der Krankheit so gering wie möglich zu halten. Zweitens trägt sie dazu bei, das Risiko eines lokalen Ausbruchs in einer Gemeinschaft zu verringern.

Warum gibt es dann immer noch Malaria auf der Welt?

Um Malaria zu bekämpfen, müssen alle oben genannten Maßnahmen ergriffen werden, von der Vorbeugung durch Netze und Mückensprays bis hin zum Zugang zu Schnelltests, um die Infektionskette zu unterbrechen, und zum Zugang zu Medikamenten, um Menschen innerhalb weniger Stunden nach dem Stich zu behandeln. Darüber hinaus ist ein ganzheitlicher Ansatz erforderlich, der Stadtplanung, Bildung, Abwassersysteme und Zugang zu medizinischer Versorgung umfasst, um Malaria zu bekämpfen – wie auch viele andere Krankheiten, die Menschen in Armut gefangen halten und einen Teufelskreis schaffen.

Was fordert die Stop Gene Drives Kampagne?

In Anbetracht der enormen Bandbreite an bisher nicht erfassten Umwelt-, Gesundheits- und sozioökonomischer Gefahren, des wirtschaftlichen und politischen Konfliktpotenzials und einer Fülle sozialer, ethischer und kultureller Vorbehalte gegenüber dem Einsatz der Gene-Drive-Technologie in der Umwelt, fordert die Stop Gene Drive Kampagne ein weltweites Moratorium auf die Freisetzung von Gene-Drive-Organismen. Das bedeutet, dass kein Gene-Drive-Organismus in die Umwelt freigesetzt werden sollte – auch nicht für Feldversuche – solange nicht eine Reihe von Bedingungen erfüllt sind. Lesen Sie unsere politischen Empfehlungen hier.

In der Zwischenzeit empfehlen wir, die Finanzierungsmittel zur Bekämpfung der Malaria auf die Stärkung der lokalen Gesundheitssysteme, die Abwasserentsorgung und die Bildung zu konzentrieren, um den Kampf gegen Malaria zu einem übergreifenden Ansatz für die Bekämpfung von Armut und vernachlässigten Krankheiten im Allgemeinen zu machen.

__________

Weitere Ressourcen:

Lest mehr über potentielle Anwendungen von gene drives hier

Lest unsere  FAQ zu Gene Drives hier

Lest mehr zur Regulierung von Gene Drives hier

Lest unsere Interviews mit Expert:innen hier

_________

Quellen:

Connolly, J. B., Mumford, J. D., Fuchs, S., Turner, G., Beech, C., North, A. R., & Burt, A. (2021). Systematic identification of plausible pathways to potential harm via problem formulation for investigational releases of a population suppression gene drive to control the human malaria vector Anopheles gambiae in West Africa. Malaria Journal 2021 20:1, 20(1), 1–69. https://malariajournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12936-021-03674-6

Czechowski, T., Rinaldi, M. A., Famodimu, M. T., Van Veelen, M., Larson, T. R., Winzer, T., … Graham, I. A. (2019). Flavonoid Versus Artemisinin Anti-malarial Activity in Artemisia annua Whole-Leaf Extracts. Frontiers in Plant Science, 10, 984. https://doi.org/10.3389/FPLS.2019.00984/BIBTEX

ENSSER, VDW, & Critical Scientists Switzerland (CSS). (2019). Gene Drives. A report on their science, applications, social aspects, ethics and regulations. Retrieved from https://ensser.org/publications/2019-publications/gene-drives-a-report-on-their-science-applications-social-aspects-ethics-and-regulations/

Guidance on the environmental risk assessment of genetically modified animals. (2013). EFSA Journal, 11(5). https://doi.org/10.2903/J.EFSA.2013.3200

Landier, J., Parker, D. M., Thu, A. M., Carrara, V. I., Lwin, K. M., Bonnington, C. A., … Nosten, F. H. (2016). The role of early detection and treatment in malaria elimination. Malaria Journal, 15(1), 1–8. https://doi.org/10.1186/S12936-016-1399-Y/TABLES/1

Laurens, M. B. (2020). RTS,S/AS01 vaccine (MosquirixTM): an overview. Human Vaccines & Immunotherapeutics, 16(3), 480. https://doi.org/10.1080/21645515.2019.1669415

Malariaprophylaxe und Empfehlungen des Ständigen Ausschusses Reisemedizin (StAR) der DTG. (2021, August). Retrieved April 18, 2022, from https://www.dtg.org/images/Startseite-Download-Box/2021_DTG_Empfehlungen_Malaria.pdf

Maskin, E., Monga, C., Thuilliez, J., & Berthélemy, J. C. (2019). The economics of malaria control in an age of declining aid. Nature Communications 2019 10:1, 10(1), 1–5. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09991-4

Okumu, F. O., Govella, N. J., Moore, S. J., Chitnis, N., & Killeen, G. F. (2010). Potential Benefits, Limitations and Target Product-Profiles of Odor-Baited Mosquito Traps for Malaria Control in Africa. PLOS ONE, 5(7), e11573. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0011573

Prüss-Ustün, A., Wolf, J., Bartram, J., Clasen, T., Cumming, O., Freeman, M. C., … Johnston, R. (2019). Burden of disease from inadequate water, sanitation and hygiene for selected adverse health outcomes: An updated analysis with a focus on low- and middle-income countries. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 222(5), 765–777. https://doi.org/10.1016/J.IJHEH.2019.05.004

Q&A on RTS,S malaria vaccine. (n.d.). Retrieved April 18, 2022, from https://www.who.int/news-room/questions-and-answers/item/q-a-on-rts-s-malaria-vaccine

Target Malaria. (n.d.). The Science: What is gene drive? Retrieved from https://targetmalaria.org/what-we-do/our-work/

Target Malaria | Together we can end malaria. (n.d.). Retrieved April 25, 2022, from https://targetmalaria.org/

The Nobel Prize | Women who changed science | Tu Youyou. (n.d.). Retrieved April 19, 2022, from https://www.nobelprize.org/womenwhochangedscience/stories/tu-youyou

WHO. (2019). The use of non-pharmaceutical forms of Artemisia. Retrieved April 19, 2022, from https://www.who.int/news/item/10-10-2019-the-use-of-non-pharmaceutical-forms-of-artemisia

WHO. (2022). Countries and territories certified malaria-free by WHO. Retrieved April 18, 2022, from https://www.who.int/teams/global-malaria-programme/elimination/countries-and-territories-certified-malaria-free-by-who?msclkid=949a737cbf0711ec9474c0ab673942f3

Yang, D., He, Y., Wu, B., Deng, Y., Li, M., Yang, Q., … Liu, Y. (2020). Drinking water and sanitation conditions are associated with the risk of malaria among children under five years old in sub-Saharan Africa: A logistic regression model analysis of national survey data. Journal of Advanced Research, 21, 1–13. https://doi.org/10.1016/J.JARE.2019.09.001

Yasri, S., & Wiwanitkit, V. (2021). Artemisinin resistance: an important emerging clinical problem in tropical medicine. International Journal of Physiology, Pathophysiology and Pharmacology, 13(6), 152. Retrieved from /pmc/articles/PMC8784654/


Interview with Dr. Sory

Gene Drives will most probably be released first to fight malaria. We therefore created this series of interviews with health care experts, researchers and civil society to amplify their voices and concerns around this technology.

How did you get involved with Gene Drives as a burkinabé epidemiologist?

Dr. Sory is an epidemiologist with 10 years of experience. Among others he has been the director of quality of the biggest hospital in Burkina Faso from 2016-2018, the focal point for non-transmittable diseases, member of the COVID 19 epidemic response unit and part of the Atlanta Center for Disease Control and Prevention (CDC). 

His focus has always been on the big questions around public health. He got involved with Gene Drives when he headed a group of civil societies raising questions about the research conducted by Target Malaria. He eventually dropped out when the Regional Director of the Bobo Dioulasso Health Science Research Institute informed them about the release of genetically engineered mosquitoes on a too short notice. Seen that this did not give them any chance to react, he decided to leave the organization so as to not raise the impression that his group was consulted and agreed on that - seen that this was not the case at all. His main concerns back then and still nowadays around gene drive mosquitoes are that it is an untested technology whose indirect or direct impacts on human health and the environmental equilibrium cannot be predicted. He was never categorically against the release of gene drive mosquitoes, but asked for a transparent and precautionary step-by-step approach in order to properly assess all impacts. 

How is the situation in Burkina Faso and what needs to be done?

Dr. Sory is positive about the existing malaria strategies in his country and the existing and upcoming measures to fight the disease. 

Key to the success of the strategies is access to information, education and a change in behavior. There are strategies in Burkina Faso that are targeted towards children between 3 and 5 or pregnant women, but hygiene and sanitation remains a big problem. The upcoming vaccines seem promising to him and could be a valuable addition to the existing strategies. Furthermore, research on the efficacy and use of the artemisia plant could open new doors. Drugs are accessible in Burkina Faso and the government is subsidizing it for children under 5 and pregnant women. 

What steps and approaches are needed?

A further game changer in the fight against malaria would be to involve sectors and ministries that are not dealing with health care, because malaria affects everything and in return is affected by malaria. Housing, education, agricultural practices, city planning, drainage systems, all these sectors should be involved in a holistique solution against malaria. The biggest obstacle for the disease still remains the “environmental hygiene” as Dr. Sory calls it. Everywhere the water stagnates, being it during rain or dry season. The grey water of households is flushed in the streets, there is no proper drainage system so water stagnates everywhere, which is the breeding ground for mosquitoes. When it rains the water remains literally everywhere. “We can invest billions of dollars in other measures, but if we do not resolve this issues, we won’t fight malaria.”, concludes Dr. Sory. This approach would also help in the fight against other diseases, seeing that other main mortality causes, such as diarrhea or lung diseases, result from low hygiene and sanitation standards. 

What do you think about Gene Drives to fight malaria?

In regard to Gene drives Dr. Sory believes that there is not much incentive to approve a technology that affects the very basis of organisms when we cannot measure its impact, especially if there are already other solutions at hand that we could increase and support.

--

These are the interviews on the topic held so far with the following experts:

Andreas Wulf, physician and expert for global health policy at Medico International in the Berlin office, provides his views on the role of the Bill & Melinda Gates Foundation in international health policy and his outlook on necessary conditions for the implementation of the human right to health in Africa.
Click here for the interview

Ali Tapsoba de Goamma, human rights activist, and spokesman for an alliance in Burkina Faso against the release of Gene Drive mosquitoes in his home country, on the malaria control measures implemented so far and the attitude of the local population towards the planned field trials with Gene Drive mosquitoes.
Click here for the interview

Pamela J. Weathers, professor and researcher at Worcester Polytechnic Institute in Massachusetts, USA, on the efficacy and controversial safety of Artemisia tea infusions for treating or preventing malaria.
Click here for the interview

Lucile Cornet-Vernet, founder of La Maison de L’Artémisia, and Arnaud Nouvion describe the potential benefits of the Artémisia plant and state that more funding is needed to conduct clinical studies, proving once and for all that the plant is a great tool in the fight against malaria.

Click here and here for the interviews

More interviews to follow.