211service.com
Bardziej precyzyjna inżynieria genetyczna dla roślin
Zakłady inżynierii genetycznej to czasochłonny proces. Metody stosowane obecnie do wprowadzania zmian genetycznych są nieprecyzyjne, dlatego często konieczne jest wygenerowanie tysięcy roślin, aby znaleźć taką, która ma pożądaną zmianę. Dwie gazety w tym tygodniu Natura szczegółowo opisują wykorzystanie technologii genetycznej, która umożliwia naukowcom dokładniejsze ukierunkowanie na genomy roślinne. Metoda, która była wcześniej stosowana u zwierząt i komórek ludzkich, może być wykorzystana do wprowadzenia nowego genu, dokonania niewielkich zmian w istniejących genach lub zablokowania ekspresji genu; umożliwia również wprowadzenie kilku różnych zmian genetycznych w tej samej roślinie.
Mocowanie genów: Korzystając z nowej techniki, naukowcy zmienili gen w roślinach tytoniu, aby uczynić je odpornymi na herbicydy. Rośliny pokazane po lewej są w stanie dobrze się rozwijać pod wpływem herbicydu, w porównaniu z roślinami kontrolnymi po prawej.
Teraz mamy pewną kontrolę nad kodem genetycznym rośliny, mówi Daniel Voytas , główny autor jednego z artykułów i genetyk na University of Minnesota. Technika ta nie tylko pozwala na bardziej precyzyjne zmiany, ale znacznie zwiększa wydajność generowania genetycznie zmodyfikowanych roślin do wykorzystania jako żywność lub paliwo lub do pochłaniania węgla i oczyszczania środowiska. Jeśli możesz precyzyjnie dostarczać gen w to samo miejsce za każdym razem, może to zmienić krajobraz regulacyjny i obniżyć koszty tworzenia tych transgenicznych roślin, mówi.
Vipula Shukla, naukowiec at Dow AgroSciences , który kierował drugim badaniem, twierdzi, że dla naukowców zajmujących się roślinami wszystkie dostępne nam konwencjonalne narzędzia opierają się na metodach, które dokonują losowych modyfikacji genomów roślin. Metody te obejmują użycie wektora bakteryjnego do przeniesienia DNA do komórki roślinnej lub fizyczne wystrzelenie cząstek pokrytych DNA do komórek. DNA wprowadzone tymi sposobami, mówi Shukla, może wylądować w dowolnym miejscu w genomie rośliny i powodować niezamierzone skutki uboczne, takie jak zmiana istniejącego genu lub wytwarzanie wielu kopii genu będącego przedmiotem zainteresowania. Naukowcy zazwyczaj wytwarzają wiele roślin, a następnie przesiewają je, aby znaleźć te, w których pożądana zmiana zakończyła się sukcesem.
Oba nowe badania – jedno prowadzone przez Dow, a drugie przez konsorcjum akademickie – wykorzystywały technologię celowania genowego zwaną nukleazami palca cynkowego – białka syntetyczne, które mogą precyzyjnie celować w lokalizacje w genomie i wprowadzać określone zmiany genetyczne.
Nukleazy palca cynkowego działają poprzez rozbijanie obu nici DNA w określonym miejscu genomu. Ta podwójna przerwa skłania własną maszynerię naprawczą komórki do załatania szczeliny. Maszyny często szukają fragmentu DNA, który jest podobny do uszkodzonego regionu, aby skopiować i wkleić z powrotem do genomu. Dostarczając fragment DNA, który zawiera sekwencje z oryginalnego genu z pożądanymi zmianami – albo dodaniem nowego genu, albo zmianą w sekwencji – naukowcy mogą skłonić komórkę do zmiany kodu genetycznego podczas naprawy pęknięcia. Technologię tę można również wykorzystać do zablokowania genu, wykorzystując inny mechanizm naprawy, w którym komórka po prostu łączy z powrotem dwa złamane końce, co często usuwa lub wstawia nowe sekwencje DNA do miejsca naprawy, w wyniku czego kod DNA może: nie być poprawnie odczytywane.
Grupa Dow zastosowała tę metodę do wprowadzenia dwóch zmian w kukurydzy, roślinie często używanej jako pasza dla zwierząt. Naukowcy wybrali gen zaangażowany w produkcję fitynianów, chemikaliów w kukurydzy, których większość zwierząt nie może strawić, i wykorzystali gen jako lądowisko do wstawienia innego genu, który nadaje roślinie tolerancję na herbicydy. Jednocześnie zakłócili gen docelowy, tak że roślina wytwarza mniej fitynianów, które, jak mówi Shukla, mogą również gromadzić się jako odpady w wodzie spływającej z farm. Możliwość łączenia w ten sposób pożądanych cech nie jest łatwa do wykonania przy istniejących technologiach.
Grupa akademicka zastosowała podobną metodę, opracowaną przez Konsorcjum Palców Cynkowych , międzynarodowy zespół naukowców zaangażowanych w opracowanie publicznie dostępnej platformy do inżynierii nukleaz palca cynkowego. Zamiast dodawać nowy gen do rośliny, naukowcy wykorzystali nukleazy z palca cynkowego do wprowadzenia zmienionej sekwencji genetycznej do istniejącego genu tytoniu; białko kodowane przez gen jest celem herbicydów, a zmiany sprawiają, że rośliny są odporne na herbicydy. Voytas mówi, że możliwość dokonania tak subtelnych zmian w genie da naukowcom nowy sposób badania biologii roślin.
Metoda nadal wymaga wygenerowania wielu roślin i zbadania ich, aby znaleźć te, które zostały pomyślnie zmienione, ale liczby są dziesiątkami lub setkami, a nie tysiącami lub dziesiątkami tysięcy. Shukla szacuje, że technologia ta skraca czas potrzebny na zaprojektowanie zakładu o około połowę. Metoda wymaga również wytworzenia nukleaz palca cynkowego, które są specyficzne dla konkretnego zastosowania. Shukla mówi, że Dow już wykorzystuje swoją platformę do tworzenia molekuł w swoich produktach wewnętrznych, a także w akademickich projektach badawczych i planuje licencjonować technologię do użytku akademickiego, komercyjnego i humanitarnego. Voytas mówi, że Konsorcjum Zinc Finger udostępnia swoją metodę publicznie i będzie oferować sesje szkoleniowe w tej technice.
Mateusz Porteusz , biochemik z University of Texas w San Antonio, który napisał towarzyszący artykuł wstępny w: Natura , mówi, że te dwie prace są pierwszymi przykładami badaczy, którzy wybrali interesujący gen, projektując nukleazy palca cynkowego dla tego genu i używając nukleaz do tworzenia określonych modyfikacji w roślinach. Porteus, który badał nukleazy palca cynkowego jako metodę terapii genowej u ludzi, mówi, że zainteresowanie nukleazami palca cynkowego wzrosło w ciągu ostatnich kilku lat. Są one wykorzystywane jako sposób na stworzenie precyzyjnych mutacji u danio pręgowanego, a badanie kliniczne na ludziach właśnie się rozpoczyna, które przetestuje użycie nukleaz palca cynkowego do wytworzenia zmian genetycznych w komórkach T pacjentów z HIV, z nadzieją, że ich komórki są w stanie lepiej zwalczać infekcje.