En kartoffel lavet med genredigering

Dan Voytas er plantegenetiker ved University of Minnesota. Men to dage om ugen stopper han med at studere det grundlæggende i DNA-teknik og tager til et nærliggende firma kaldet Cellectis Plant Sciences, hvor han anvender dem.

Kartoffelplanter, der vokser hos Cellectis, en genteknologisk virksomhed.

Hans nyeste kreation, beskrevet i en plantejournal i denne måned, er en Ranger Russet kartoffel, der ikke akkumulerer sødt sukker ved typiske køletemperaturer. Det vil lade det holde længere, og når det er stegt, vil det ikke producere så meget akrylamid, et mistænkt kræftfremkaldende stof.

Hvad der er anderledes ved kartoflen er, at den blev opdrættet ved hjælp af genredigering, en ny slags teknik til at ændre DNA, som planteforskere siger, vil være revolutionerende på grund af sin enkelhed og kraft. Teknologien kunne også være en måde at konstruere planter, der undgår stigmatiseringen og de regler, der normalt er forbundet med genetisk modificerede organismer (GMO'er).

I tilfældet med Ranger Russet efterlod Voytas' genredigeringsteknik, kendt som TALEN'er, intet spor andet end et par slettede bogstaver af DNA. Redigeringen deaktiverede et enkelt gen, der omdanner saccharose til glucose og fruktose. Uden det, mener Voytas, kan kartoflerne opbevares langt længere uden kvalitetstab.

Kartoflen er en prototype på, hvad planteforskere siger, er en hurtigt ankommende ny generation af genetisk modificerede planter. Med genredigering tror små virksomheder, at de meget hurtigt kan udvikle nye afgrøder til en brøkdel af de typiske omkostninger - selv i arter, der hidtil for det meste er uberørt af bioteknologi, såsom avocadoer, sorghum og dekorative blomster.

De fleste genetisk modificerede afgrøder, der hidtil er blevet dyrket kommercielt, inkorporerer gener fra bakterier for at få dem til at producere insekticider eller modstå ukrudtsmidler. Offentlig modstand og lovkrav gør disse transgene planter dyre at udvikle. Det er grunden til, at næsten alle bioteknologiske planter er lukrative, store afgrøder som soja, majs og bomuld og sælges af nogle få store virksomheder, som Monsanto og DuPont.

I august blev det amerikanske landbrugsministerium fortalte Cellectis at i modsætning til transgene planter ville dens kartoffel ikke være reguleret. Det betyder, at i stedet for at blive dyrket i indhegnede testgrunde og generere mappe på mappe med sikkerhedsdata, kan Ranger Russet hurtigt komme på markedet. For to år siden nåede agenturet en lignende konklusion, da det overvejede en DNA-redigeret majsplante udviklet af Dow AgroSciences, selvom den ikke bliver solgt endnu.

Dan Voytas

Forskere siger, at produkter som kartoflen kun er begyndelsen til genredigeringsteknikker i planter. De samme teknologier vil tillade langt mere sofistikeret teknik, herunder manipulation af fotosyntese for at få planter til at vokse hurtigere og give mere mad. Det er en enorm mulighed, en uudgrundelig mulighed, siger Martin Spalding, en planteforsker ved Iowa State University.

Indtil videre bliver teknikkerne brugt til at modificere planter på mere beskedne måder. Den første bølge af denne teknologi er blot at fjerne nogle få basepar, siger Yinong Yang, professor i plantepatologi ved Penn State University, med henvisning til kombinationerne af DNA-bogstaver - A, G, C og T - der udgør et genom . Ved at slå det helt rigtige gen ud, som forskerne gjorde med kartoflen, er det muligt at give en plante nogle få værdifulde egenskaber.

Det næste trin, siger Yang, vil være at ændre DNA-bogstaverne i plantegener ved at bytte en plantes version af et gen med den fra en anden, der vides at tilbyde, f.eks. resistens over for sygdom. Yang siger, at der er en form for ris, der er modstandsdygtig over for ris, der kun adskiller sig fra kommercielle arter med nogle få DNA-bogstaver. Det kunne jeg lige lave om på modstand, siger han. Det er ligesom genterapi hos mennesker. Han siger, at han er ved at forhandle en kontrakt om at producere den genredigerede ris nu.

Hvad Voytas angår, er det ikke første gang, han har sat sig for at genredigere planter. For et årti siden startede han et firma kaldet Phytodyne baseret på en tidligere teknologi, kaldet zinkfinger-nukleaser, men det foldede sig efter Dow AgroSciences betalte mere end 50 millioner dollars for eksklusive rettigheder til at bruge den type genredigering i planter.

Voytas slog sig sammen med det franske bioteknologiske firma Cellectis i 2010, efter at det tilbød at installere ham som videnskabschef for en ny afdeling for anlægsteknik. Men den første indsats løb ind i vanskeligheder, da et andet genredigeringssystem, meganukleaser, viste sig at være udfordrende at arbejde med og også blev bundet af patenttvister.

Til sidst vendte Voytas tilbage til laboratoriet og opfandt en ny måde at redigere gener på ved hjælp af specielt konstruerede proteiner kaldet TALEN'er. Den teknologi blev brugt til at lave Cellectis kartoffel samt en sojabønne med forbedret olie. Siden da har Voytas og Cellectis også arbejdet med en nyere teknik, kaldet CRISPR (se Genom kirurgi ).

Voytas siger, at kartoflen kun tog omkring et år at lave. Hvis man gjorde det via avl, ville det tage fem til 10 år, siger han.

Alt i alt, siger Luc Mathis, administrerende direktør for Cellectis Plant Sciences, koster udviklingen af ​​kartoflen en tiendedel af, hvad det gør at skabe og bringe på markedet en transgen plante, som majs eller soja. Vi skal stadig generere nogle data, men det bliver ikke en kæmpe proces, siger Mathis, som fortsætter med at mødes med myndighederne for at afgøre, hvilke skridt der er tilbage, før kartoflen kan sælges.

Cellectis vil gå videre med foreløbig plantning, så snart det varme vejr ankommer til Minnesota. De første afgrøder vil afgøre, om kartoflerne har de kommercielle fordele, der ses i drivhusforsøg. Vi skal tjekke, at vi kan opbevare kartoflen koldt, siger Mathis. Når vi har det kommercielle proof of concept, kan vi diskutere med landmændene, hvad interesseniveauet er.

Kevin Folta, professor i havebrugsvidenskab ved University of Florida, siger, at omkring 50 eksperter, inklusive videnskabsmænd og advokater, mødtes i Arizona tidligere på året for at diskutere genredigering og hvordan man kan organisere industriens tilgang til regulatorer i USA og i udlandet. Enhver, der arbejder med enhver form for planteteknik, forfølger ihærdigt disse teknologier, især med afgrøder, der har komplekse genomer, eller som du ikke kan avle let, siger han. Der er masser af planter, der har brug for løsninger. Han siger, at genredigering vil gøre det muligt at modificere citrustræer på måder, der ville tage 150 år med konventionel avl.

Folta siger, at modstandere af GMO'er ikke var inkluderet i planlægningsmødet. At invitere folk, der ser på ting uvidenskabeligt, ville blokere diskussionen, siger. Der er ingen teknologi, de er tilfredse med.

skjule