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Risikoabschätzung von transgenen Insekten –
Schritt für SchrittDr. Marc F. ScheteligJustus-Liebig-University Gießen & Fraunhofer IME
© Dr. Marc F. Schetelig
Molekulare Schädlingsbekämpfung
Entwicklung von Tools zur Risikoabschätzung von transgenen Moskitos und Fruchtfliegen
Bekämpfung der invasiven Fruchtfliege D. suzukii
Moskito Bekämpfung
LOEWECenterInsect
Biotechnology & Bioresources
EmmyNoether
© Dr. Marc F. Schetelig
Chemisch (insecticides)
Biologisch (parasites, pathogens)
Physikalisch (nets, traps)
Arten-spezifisch (SIT)
Integrierte Schädlingsbekämpfung (IPM)
Möglichkeiten der Insektenbekämpfung
© Dr. Marc F. Schetelig
Chemisch (insecticides)
Biologisch (parasites, pathogens)
Physikalisch (nets, traps)
Arten-spezifisch (SIT)
Integrierte Schädlingsbekämpfung (IPM)
Möglichkeiten der Insektenbekämpfung
© Dr. Marc F. Schetelig
1. Schritt: Sterile Insekten Technik
Massenzucht
Sexing (male-only)
Markierung zum
Monitoring
Freilassung
♀ ♂200m
Sterilisation
© Dr. Marc F. Schetelig
Sterile Insekten Technik
Massenzucht
Sexing
Markierung
Sterilisation
Freilassung
Wimmer (2005) Nat Biotech
© Dr. Marc F. Schetelig
1. Schritt: Gentechnik – fertil vs. steril
Sterile GentechnikFertile Gentechnik
© Dr. Marc F. Schetelig
1. Schritt: Arten-spezifische Insektenbekämpfung
CURRENT
Sexing Pupale Marker Genetische Sexing Stämme
Markierung Bedenkliche bunte Stäube
Sterilisierung Bestrahlung Keine Gefahr der Resistenz 50 Jahre Erfahrung der IAEA
© Dr. Pedro Rendon
© Dr. Marc F. Schetelig
Letalität:
AntibiotikumAdult:Larval:
Females:
Mittelmeerfruchtfliege
AlternativsystemMittelmeerfruchtfli
ege
Karibische Fruchtfliege
L3/pupae
100 µg/ml 100 µg/ml
None(n = 800 eggs)
embryonal
10 µg/ml 0 µg/ml
None(n = 850 eggs)
embryonal
10 µg/ml 0 µg/ml
None(n = 30.000 eggs)
Schetelig & Handler (2012) IBMB
Ogaugwu et al. (2013) IBMB
2. Schritt: Transgene Sexing SystemeNEW
© Dr. Marc F. Schetelig
Scolari et al. (2008) New Biotech | Schetelig et al. (2009) PNAS
2. Schritt: Transgene MarkierungNEW
© Dr. Marc F. Schetelig
Schetelig & Handler (2012) PNAS
Schetelig et al. (2009) BMC Biology
L3/pupae
100 µg/ml 100 µg/ml
0.2-0.7% adults
100% embryonic
10 µg/ml 0.1 µg/ml
none
96% embryonic (100% L1)
10 µg/ml 0 µg/ml
none
2. Schritt: Transgene SterilisierungssystemeNEW
Mittelmeerfruchtfliege
AlternativsystemMittelmeerfruchtfli
ege
Karibische Fruchtfliege
Letalität:
Antibiotikum
Adult:Larval:
Überlebende
Nachkommen:
© Dr. Marc F. Schetelig
3. Schritt: Transgene InsektenbekämpfungFUTURE
Sexing Transfer früher Sexing
Systeme auf verschiedene Schädlinge
Vermeidung von Antibiotika
Markierung Ersatz der Stäube durch
Fluoreszenzprotein
Sterilisierung durch Bestrahlung Keine Gefahr der Resistenz 50 Jahre Erfahrung der IAEA © Dr. Pedro Rendon
100% frühe Letalität
© Dr. Marc F. Schetelig
4. Schritt: Neue Tools und Plattformen
attP5’ 3’
ampR
attB3’
Integrations- und Stabilisierungssysteme: Zum direkten Vergleich von Systemen (ohne genomische
Positionseffekte) Zur Kombination von unterschiedlichen Systemen (Backup) Inaktivierung von Remobilisierungsmechansimen
(Transgenstabilisierung)Schetelig et al, PNAS 2009Meza et al, PLoS One 2014Schetelig et al, PNAS 2012
Schetelig & Handler, G3 2013
phiC31 / attP, CRE / lox, Flp / FRT TALEN, CRISPR/Cas, Zink-Finger
Nukleasen
© Dr. Marc F. Schetelig
Ansätze zum Risikomanagement transgener Insekten
Die „besten“ transgenen Systeme
kein Einsatz von Antibiotika und Antibiotika-Resistenzen keine Freisetzung von Antibiotika keine positiv selektionierbaren Traits Transgenstabilisierung Backup Systeme, wenn ohne Strahlung gearbeitet
werden soll
© Dr. Marc F. Schetelig
Ansätze zum Risikomanagement transgener Insekten
3 Test-Phasen System Phase 1: Labortests (Fitness, Stabilität, Effizienz,
Toxizitätstests) Phase 2: geschlossene Feldtests (Kompetitivität, Stabilität,
Effizienz und Umweltbedingungen) Phase 3: Etappenweise, kontrollierte Freilassungsversuche
(Kompetitivität, Stabilität, Effizienz, Umweltbedingungen, Wechselwirkung mit anderen Arten, Auswirkung konventioneller Bekämpfungsmethoden)
Bei nicht-Erreichen der gesetzten Kriterien => Abbruch
Phase 4: Freilassungsprogramm mit Langzeit-Überwachung, um unvorhergesehene Probleme in Phase 1-3 zu erkennen
NIH / WHO / TDR, 2014
© Dr. Marc F. Schetelig
Ansätze zum Risikomanagement transgener Insekten
Regulatorische Möglichkeiten und Wünsche
ZKBS Datenbank für Insekten Risikobewertung von bakteriellen Systemen wie
Wolbachia? Risikobewertung von genetisch veränderten Insekten?
© Dr. Marc F. Schetelig
Fraunhofer Attract GroupFraunhofer Gesellschaft
Dr. Irina HäckerDr. Vassiliki Bariami
Dr. Jonas SchwirzHelena Dembeck
Tanja RehlingBashir Hosseini
Artem KepschMaximilian Sandmann
Dr. Marc F. Schetelig
Emmy Noether GroupDeutsche Forschungsgemeinschaft
www.insect-biotechnology.com
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