Ein neues, hoch übertragbarer Influenza-Stamm entsteht. Ein Pestizid-resistentes Insekt dezimiert riesige Erntemengen. Ein Patient landet mit einem Bakterienstamm in der Notaufnahme, der auf keine verfügbaren Antibiotika anspricht. Jedes dieser Szenarien könnte aufgrund natürlicher evolutionärer Veränderungen bei Krankheitserregern oder Schädlingen eintreten. Da die Gentechnik jedoch billiger und einfacher wird, wird es immer plausibler, dass sie eines Tages das Produkt einer absichtlichen Manipulation sein könnte.
Um sich vor diesen potenziellen Bedrohungen zu schützen, finanziert die US-Regierung die Entwicklung von Tests zum Nachweis gefährlicher biotechnologisch hergestellter Organismen, bevor sie die Chance haben, erheblichen Schaden anzurichten. Die Bemühungen wurden 2017 von der Intelligence Advanced Research Projects Activity oder Iarpa im Büro des Direktors des Nationalen Geheimdienstes angekündigt. In einem Livestream-Update Im Oktober gab Iarpa-Programmmanager David Markowitz bekannt, dass zwei im Rahmen des Programms entwickelte Plattformen beide zu 70 Prozent genau darin waren, das Vorhandensein von Bioengineering zu identifizieren. „Wir wissen einfach nie, welche Probe in einem Regierungslabor durch die Tür kommt, und wir müssen auf alles vorbereitet sein“, sagte Markowitz während der Pressekonferenz.
Eine der Plattformen, die von der gemeinnützigen Organisation Draper mit Sitz in Cambridge, Massachusetts, entwickelt wurde, ist ein tragbares Schnelltestgerät, das einen daumennagelgroßen Chip verwendet, um gentechnisch verändertes Material zu erkennen. Die andere ist eine vom Bostoner Biotech-Unternehmen Ginkgo Bioworks entwickelte Software, die maschinelles Lernen nutzt, um Engineering in genomischen Daten zu identifizieren, die aus Probenorganismen generiert wurden. (Die Unternehmen haben ihre Ergebnisse noch nicht in einem Peer-Review-Journal veröffentlicht, und ihre Plattformen befinden sich noch in der Entwicklung.)
Pflanzen und Tierfutter werden bereits umfassend auf das Vorhandensein genetischer Merkmale untersucht, die in der Natur nicht zu finden sind oder durch konventionelle Züchtung erzeugt werden können. Wissenschaftler verwenden einen Test namens PCR oder Polymerase-Kettenreaktion, um festzustellen, ob und in welcher Menge biotechnologisch hergestellte DNA vorhanden ist. Wenn es um die Lebensmittelkennzeichnung geht, wissen Wissenschaftler normalerweise, nach welcher genetischen Veränderung sie suchen. Es gibt jedoch kein Allzweckwerkzeug zum Nachweis von gentechnisch verändertem Material in Bakterien, Viren oder anderen Organismen, die in irgendeinem Zusammenhang auftreten könnten.
Bisher beruhte der Nachweis von Bioengineering auf einer manuellen Analyse, die arbeitsintensiv und langsam ist. Durch einen als Sequenzierung bezeichneten Prozess können Forscher den gesamten genetischen Code eines Organismus ablesen: eine Reihe von As, Cs, Gs und Ts oder Basen, die die Bausteine des Lebens bilden. Jede Mikrobe, Pflanze, Tier und Mensch hat eine einzigartige Konfiguration dieser Buchstaben.
Um festzustellen, ob am genetischen Code eines Organismus herumgebastelt wurde, müssen Wissenschaftler wissen, wie sein Genom – und das seiner nahen Verwandten – normalerweise aussieht. Dann können sie nach Bereichen suchen, die ungewöhnlich aussehen.
DNA kann durch mindestens ein halbes Dutzend Prozesse manipuliert werden. Eine herkömmliche Methode beinhaltet das Hinzufügen eines Gens von einer Art zu einer anderen – normalerweise für gentechnisch veränderte Pflanzen. DNA-Stücke können auch von einem Teil des Genoms eines Organismus zu einem anderen Teil verschoben werden, eine Art von Veränderung, die als Translokation bezeichnet wird. Die Crispr-Geneditierung, die zur Behandlung von Krankheiten bei Menschen und zur Verbesserung von Pflanzen und Tieren, die für den menschlichen Verzehr gezüchtet werden, erforscht wird, kann DNA-Stücke löschen. Ältere Bearbeitungstechniken wie Zinkfingernukleasen und Talens wurden ebenfalls für diese Zwecke verwendet, waren jedoch nicht so erfolgreich wie Crispr.
Jeder dieser Prozesse kann Spuren der Biotechnologie hinterlassen. Wissenschaftler können beispielsweise feststellen, ob ein Gen hinzugefügt oder verschoben wurde, indem sie das Genom dieses Organismus mit einer Referenzprobe vergleichen. Bei der Verwendung von Crispr tauchen manchmal Deletionen in anderen Teilen des Genoms auf, die wie der Zielabschnitt aussehen, es aber nicht sind. Talene und Zinkfingernukleasen neigen ebenfalls dazu, diese „Off-Target“-Effekte hervorzurufen. Auch der absichtliche Einsatz von Strahlung kann zu rückverfolgbaren DNA-Mutationen führen.