Ziemniak zrobiony za pomocą edycji genów

Dan Voytas jest genetykiem roślin na Uniwersytecie Minnesota. Ale dwa dni w tygodniu przestaje studiować podstawy inżynierii DNA i udaje się do pobliskiej firmy Cellectis Plant Sciences, gdzie je stosuje.

Rośliny ziemniaka rosnące w firmie zajmującej się inżynierią genetyczną Cellectis.

Jego najnowszym dziełem, opisanym w czasopiśmie roślinnym w tym miesiącu, jest ziemniak Ranger Russet, który nie gromadzi słodkich cukrów w typowych temperaturach przechowywania w chłodniach. Dzięki temu będzie trwać dłużej, a po usmażeniu nie będzie wytwarzać tak dużo akrylamidu, podejrzewanego o rakotwórczość.

Tym, co wyróżnia ziemniaka, jest to, że został wyhodowany za pomocą edycji genów, nowego rodzaju techniki zmiany DNA, która według naukowców zajmujących się roślinami będzie rewolucyjna ze względu na swoją prostotę i moc. Technologia może być również sposobem na zaprojektowanie roślin, które unikają piętna i przepisów, zwykle kojarzonych z organizmami modyfikowanymi genetycznie (GMO).

W przypadku Rangera Russeta technika edycji genów Voytasa, znana jako TALEN, nie pozostawiła po sobie żadnego śladu poza kilkoma usuniętymi literami DNA. Edycja wyłączyła pojedynczy gen, który zamienia sacharozę w glukozę i fruktozę. Bez tego, myśli Voytas, ziemniaki można przechowywać znacznie dłużej bez utraty jakości.

Ziemniak jest prototypem tego, co według naukowców zajmujących się roślinami jest szybko przybywającą nową generacją genetycznie zmodyfikowanych roślin. Dzięki edycji genów małe firmy sądzą, że mogą bardzo szybko opracować nowe rośliny uprawne za ułamek typowych kosztów — nawet w przypadku gatunków dotychczas w większości nietkniętych przez biotechnologię, takich jak awokado, sorgo i kwiaty ozdobne.

Większość genetycznie zmodyfikowanych roślin uprawianych do tej pory komercyjnie zawiera geny bakterii, które sprawiają, że wytwarzają środki owadobójcze lub są odporne na chwasty. Sprzeciw opinii publicznej i wymogi regulacyjne sprawiają, że rozwój tych transgenicznych roślin jest kosztowny. Dlatego prawie wszystkie rośliny biotechnologiczne są dochodowymi uprawami wielkoobszarowymi, takimi jak soja, kukurydza i bawełna, i są sprzedawane przez zaledwie kilka dużych firm, takich jak Monsanto i DuPont.

W sierpniu Departament Rolnictwa USA powiedział Cellectisowi że w przeciwieństwie do roślin transgenicznych, jego ziemniak nie podlegałby regulacji. Oznacza to, że zamiast rosnąć na ogrodzonych powierzchniach testowych i generować folder po folderze z danymi dotyczącymi bezpieczeństwa, Ranger Russet może szybko trafić na rynek. Dwa lata temu agencja doszła do podobnego wniosku, gdy rozważała zmodyfikowaną DNA roślinę kukurydzy opracowaną przez Dow AgroSciences, chociaż nie jest ona jeszcze sprzedawana.

Dan Voytas

Naukowcy twierdzą, że produkty takie jak ziemniak to dopiero początek technik edycji genów w roślinach. Te same technologie pozwolą na znacznie bardziej wyrafinowaną inżynierię, w tym manipulację fotosyntezą, aby rośliny rosły szybciej i dawały więcej pożywienia. To ogromna szansa, niezgłębiona szansa, mówi Martin Spalding, badacz roślin z Iowa State University.

Na razie techniki te są wykorzystywane do modyfikowania roślin w skromniejszy sposób. Pierwsza fala tej technologii polega na usunięciu kilku par zasad, mówi Yinong Yang, profesor patologii roślin na Penn State University, odnosząc się do kombinacji liter DNA – A, G, C i T – które tworzą genom . Usuwając odpowiedni gen, tak jak zrobili to naukowcy z ziemniakiem, można nadać roślinie kilka cennych właściwości.

Następnym krokiem, mówi Yang, będzie zmiana liter DNA w genach roślinnych, zamiana wersji genu jednej rośliny na wersję innej, o której wiadomo, że oferuje, powiedzmy, odporność na choroby. Yang mówi, że istnieje odmiana ryżu odporna na zarazę, która różni się od gatunków komercyjnych tylko kilkoma literami DNA. Mógłbym po prostu zmienić to na opór, mówi. To jak terapia genowa u ludzi. Mówi, że negocjuje teraz kontrakt na produkcję ryżu z genami edytowanymi.

Co do Voytasa, to nie pierwszy raz, kiedy wyrusza na edycję genów roślin. Dziesięć lat temu założył firmę o nazwie Phytodyne opartą na wcześniejszej technologii, zwanej nukleazami palca cynkowego, ale upadła po tym, jak Dow AgroSciences zapłacił ponad 50 milionów dolarów za wyłączne prawa do korzystania z tego rodzaju edycji genów w roślinach.

Voytas połączył siły z francuską firmą biotechnologiczną Cellectis w 2010 roku, po tym jak zaproponowała mu zatrudnienie go na stanowisku szefa naukowego nowego działu inżynierii roślin. Jednak początkowe wysiłki natrafiły na trudności, gdy inny system edycji genów, meganukleazy, okazał się trudny w obsłudze, a także uwikłany w spory patentowe.

Ostatecznie Voytas wrócił do laboratorium i wymyślił nowy sposób edycji genów, używając specjalnie zaprojektowanych białek zwanych TALENami. Ta technologia została wykorzystana do produkcji ziemniaka Cellectis, a także soi z ulepszonym olejem. Od tego czasu Voytas i Cellectis pracowali również z nowszą techniką, zwaną CRISPR (patrz Chirurgia genomowa ).

Voytas mówi, że stworzenie ziemniaka zajęło tylko około roku. Jeśli zrobisz to przez hodowlę, zajęłoby to od pięciu do dziesięciu lat, mówi.

W sumie, mówi Luc Mathis, dyrektor generalny Cellectis Plant Sciences, opracowanie ziemniaka kosztowało jedną dziesiątą tego, co trzeba zrobić, aby stworzyć i wprowadzić na rynek transgeniczną roślinę, taką jak kukurydza czy soja. Nadal będziemy musieli wygenerować pewne dane, ale nie będzie to ogromny proces, mówi Mathis, który nadal spotyka się z organami regulacyjnymi, aby ustalić, jakie kroki należy podjąć, zanim ziemniaki będą mogły zostać sprzedane.

Cellectis rozpocznie wstępne sadzenie, gdy tylko nadejdzie ciepła pogoda w Minnesocie. Pierwsze zbiory określą, czy ziemniaki przyniosą korzyści handlowe widoczne w testach szklarniowych. Musimy sprawdzić, czy możemy przechowywać ziemniaki na zimno, mówi Mathis. Po uzyskaniu komercyjnego potwierdzenia koncepcji możemy omówić z rolnikami poziom zainteresowania.

Kevin Folta, profesor nauk ogrodniczych na University of Florida, mówi, że około 50 ekspertów, w tym naukowców i prawników, spotkało się na początku tego roku w Arizonie, aby omówić edycję genów i sposób zorganizowania podejścia branży do organów regulacyjnych w Stanach Zjednoczonych i za granicą. Każdy, kto pracuje w jakiejkolwiek dziedzinie inżynierii roślin, energicznie podąża za tymi technologiami, zwłaszcza w przypadku upraw o złożonych genomach lub takich, których nie można łatwo rozmnażać, mówi. Wiele roślin potrzebuje rozwiązań. Mówi, że edycja genów pozwoli na modyfikację drzew cytrusowych w sposób, który przy konwencjonalnej hodowli zajęłby 150 lat.

Folta mówi, że przeciwnicy GMO nie zostali uwzględnieni na spotkaniu planistycznym. Mówi, że zapraszanie ludzi, którzy patrzą na rzeczy nienaukowe, zatkałoby dyskusję. Nie ma technologii, z której byliby zadowoleni.

ukryć