211service.com
Mere præcis genteknologi for planter
Genteknologiske planter er en tidskrævende proces. Metoder, der i øjeblikket bruges til at levere genetiske ændringer, er upræcise, så det er ofte nødvendigt at generere tusindvis af planter for at finde en, der tilfældigvis har den ønskede ændring. To aviser i denne uge Natur detaljer om brugen af en genetisk teknologi, der gør det muligt for forskere at målrette plantegenomer mere præcist. Metoden, som tidligere har været brugt i dyr og i menneskeceller, kan bruges til at introducere et nyt gen, lave små ændringer i eksisterende gener eller blokere et gen i at blive udtrykt; det gør det også muligt at indføre flere forskellige genetiske ændringer i den samme plante.
Genfiksering: Ved hjælp af en ny teknik ændrede forskere et gen i tobaksplanter for at gøre dem resistente mod herbicid. Planterne vist til venstre er i stand til at trives, når de udsættes for herbicid, sammenlignet med kontrolplanter til højre.
Vi har nu en vis kontrol over plantens genetiske kode, siger Daniel Voytas , hovedforfatter til et af artiklerne og genetiker ved University of Minnesota. Teknikken giver ikke kun mulighed for mere præcise ændringer, men den øger i høj grad effektiviteten af at generere gensplejsede planter til brug som mad eller brændstof eller til at absorbere kulstof og rense miljøet. Hvis du kan levere et gen til det samme sted hver gang med præcision, kan det ændre det regulatoriske landskab og reducere omkostningerne ved at skabe disse transgene planter, siger han.
Vipula Shukla, en videnskabsmand ved Dow AgroSciences , der ledede den anden undersøgelse, siger, at for planteforskere er alle de konventionelle værktøjer, der er tilgængelige for os, baseret på metoder, der foretager tilfældige modifikationer af plantegenomer. Disse metoder omfatter brug af en bakteriel vektor til at overføre DNA til en plantecelle eller fysisk sprængning af DNA-coatede partikler ind i celler. DNA introduceret på disse måder, siger Shukla, kan lande hvor som helst i plantens genom og have utilsigtede bivirkninger som at ændre et eksisterende gen eller producere flere kopier af genet af interesse. Forskere genererer typisk mange planter og screener dem derefter for at finde dem, hvor den ønskede ændring lykkedes.
Begge de nye undersøgelser - den ene blev ledet af Dow og en anden af et akademisk konsortium - brugte en gen-målretningsteknologi kaldet zinkfinger-nukleaser - syntetiske proteiner, der præcist kan målrette mod steder i genomet og foretage specifikke genetiske ændringer.
Zinkfingernukleaser virker ved at bryde begge DNA-strenge på et specifikt sted i genomet. Denne dobbelte pause får cellens eget reparationsmaskineri til at lappe sprækken. Maskineriet vil ofte søge efter et stykke DNA, der ligner den beskadigede region, for at kopiere og indsætte tilbage i genomet. Ved at levere et stykke DNA, der indeholder sekvenser fra det originale gen, med de ønskede ændringer – enten tilføjelse af et nyt gen eller en ændring i sekvens – kan videnskabsmænd få cellen til at ændre den genetiske kode, efterhånden som den reparerer bruddet. Teknologien kan også bruges til at blokere et gen ved at udnytte en anden reparationsmekanisme, hvor cellen blot forbinder de to knækkede ender sammen igen, hvilket ofte sletter eller indsætter nye DNA-sekvenser i reparationsstedet, hvilket resulterer i DNA-kode, der kan ikke læses ordentligt.
Dow-gruppen brugte metoden til at indføre to ændringer i majs, en plante der ofte bruges til dyrefoder. Forskerne målrettede et gen, der er involveret i produktionen af fytater, kemikalier i majs, som de fleste dyr ikke kan fordøje, og brugte genet som en landingspude til at indsætte et andet gen, der giver planten tolerance over for herbicider. Samtidig forstyrrede de målgenet, så planten producerer færre fytater, som Shukla siger også kan ophobes som affald i vandafstrømning fra gårde. Evnen til at stable ønskede egenskaber på denne måde udføres ikke let med eksisterende teknologier.
Den akademiske gruppe brugte en lignende metode, udviklet af Zinkfingerkonsortium , et internationalt team af forskere, der er forpligtet til at udvikle en offentligt tilgængelig platform til konstruktion af zinkfingernukleaser. I stedet for at tilføje et nyt gen til en plante, brugte forskerne zinkfingernukleaser til at introducere en ændret genetisk sekvens i et eksisterende gen i tobaksplanter; proteinet kodet af genet er et mål for herbicider, og ændringerne gør planterne herbicidresistente. Voytas siger, at det at være i stand til at foretage sådanne subtile ændringer i et gen vil give forskere en ny måde at studere plantebiologi på.
Metoden kræver stadig generering af flere planter og screening af dem for at finde dem, der blev ændret med succes, men tallene er i titusinder eller hundrede, snarere end tusinder eller titusinder. Shukla vurderer, at teknologien reducerer den tid, det tager at konstruere et anlæg med omkring det halve. Metoden kræver også oprettelse af zinkfingernukleaser, der er specifikke for en bestemt anvendelse. Shukla siger, at Dow allerede bruger sin platform til at skabe molekylerne på tværs af sine interne produkter såvel som i akademiske forskningsprojekter, og det planlægger at licensere teknologien til akademisk, kommerciel og humanitær brug. Voytas siger, at Zinc Finger Consortium gør sin metode tilgængelig offentligt og vil tilbyde træningssessioner i teknikken.
Matthew Porteus , en biokemiker ved University of Texas i San Antonio, som skrev en ledsagende lederartikel i Natur , siger, at de to artikler er de første eksempler på efterforskere, der har valgt et gen af interesse, designet zinkfingernukleaser til det gen og bruger nukleaserne til at skabe specifikke modifikationer i planter. Porteus, som har undersøgt zinkfingernukleaser som en metode til genterapi hos mennesker, siger, at interessen for zinkfingernukleaser har været stigende de seneste par år. De bliver brugt som en måde at skabe præcise mutationer i zebrafisk, og et klinisk forsøg med mennesker er lige begyndt, som vil teste brugen af zinkfingernukleaser til at skabe genetiske ændringer i T-cellerne hos patienter med HIV, med håbet om at lave deres celler bedre i stand til at bekæmpe infektion.