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:

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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

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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

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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

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Ansätze zum Risikomanagement transgener Insekten

Regulatorische Möglichkeiten und Wünsche

ZKBS Datenbank für Insekten Risikobewertung von bakteriellen Systemen wie

Wolbachia? Risikobewertung von genetisch veränderten Insekten?

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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