Γονιδιακή Επεξεργασία Φυτών: Η Τεχνική του Εμβολιασμού Φέρνει Επανάσταση στην Γεωργία
Μια νέα τεχνική εμβολιασμού υπόσχεται να καταστήσει δυνατή τη γονιδιακή επεξεργασία σε μια ευρεία γκάμα φυτών, ακόμα και σε εκείνα που θεωρούνται δύσκολα ή αδύνατα να τροποποιηθούν με άλλες μεθόδους. Αυτό ανοίγει νέους δρόμους για πιο παραγωγικές και θρεπτικές ποικιλίες.
Πολλά φυτά, συμπεριλαμβανομένου του κακάο, του καφέ και του αβοκάντο, δεν μπορούν να υποβληθούν σε γονιδιακή επεξεργασία με τις παραδοσιακές μεθόδους. Όμως, η αρχαία τέχνη του εμβολίου, δηλαδή της ένωσης δύο φυτών σε ένα, προσφέρει μια σύγχρονη λύση.
“Βρισκόμαστε ακόμα σε πρώιμο στάδιο, αλλά αυτή η τεχνική έχει τεράστιες δυνατότητες”, λέει ο Ugo Rogo από το Πανεπιστήμιο της Πίζας στην Ιταλία.
Η αύξηση της παραγωγικότητας και της θρεπτικής αξίας των φυτών είναι ζωτικής σημασίας για την αντιμετώπιση των τεράστιων ζημιών που προκαλούνται από τη γεωργία και για τον περιορισμό των αυξήσεων των τιμών των τροφίμων καθώς ο παγκόσμιος πληθυσμός αυξάνεται και η κλιματική αλλαγή επηρεάζει όλο και περισσότερο τις αποδόσεις. Οι στοχευμένες αλλαγές που μπορούν να γίνουν με τη γονιδιακή επεξεργασία CRISPR είναι ο καλύτερος τρόπος για να επιτευχθεί αυτό.
Ωστόσο, η γονιδιακή επεξεργασία φυτών είναι περίπλοκη επειδή τα φυτά έχουν άκαμπτα κυτταρικά τοιχώματα γύρω τους, σε αντίθεση με τα ζωικά κύτταρα. Η συμβατική γενετική μηχανική φυτών περιλαμβάνει τεχνικές, όπως η εκτόξευση σφαιριδίων εμποτισμένων με DNA σε φυτικά κύτταρα – γνωστή ως βιολιστική – ή η χρήση ενός φυσικού μικροβίου γενετικής μηχανικής γνωστού ως Agrobacterium.
Αυτές οι προσεγγίσεις βασίζονται στη δημιουργία ολόκληρων φυτών από τροποποιημένα κύτταρα και με πολλά φυτά, ειδικά δέντρα, αυτό δεν μπορεί να γίνει. Για παράδειγμα, δεν λειτουργεί με κακάο, καφέ, ηλίανθους, κασάβα ή αβοκάντο.
Πώς λειτουργεί η νέα τεχνική εμβολιασμού για γονιδιακή επεξεργασία
Το 2023, ο Friedrich Kragler από το Ινστιτούτο Φυσιολογίας Φυτών Max Planck στη Γερμανία παρουσίασε μια άλλη προσέγγιση. Γνώριζε ότι οι ρίζες των φυτών παράγουν έναν ειδικό τύπο RNA που μπορεί να ταξιδέψει γύρω από τα φυτά και να εισέλθει στα κύτταρα στους βλαστούς και τα φύλλα.
Έτσι, η ομάδα του γενετικά τροποποίησε φυτά για να παράγουν τέτοια RNA που κωδικοποιούν δύο βασικά συστατικά CRISPR: την πρωτεΐνη Cas που κάνει την επεξεργασία και το RNA οδηγό που της λέει πού να κάνει την επεξεργασία. Στη συνέχεια, εμβολίασαν βλαστούς μη τροποποιημένων φυτών στις ρίζες των τροποποιημένων φυτών και έδειξαν ότι αυτό είχε ως αποτέλεσμα τη γονιδιακή επεξεργασία ορισμένων βλαστών και σπόρων.
Ο Rogo και οι συνεργάτες του πιστεύουν ότι η προσέγγιση είναι τόσο ελπιδοφόρα που έχουν πλέον γράψει μια εργασία που την επισημαίνει και ενθαρρύνει άλλους να βοηθήσουν στην ανάπτυξή της. “Ο εμβολιασμός μας δίνει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε το σύστημα CRISPR σε δέντρα ή σε φυτά όπως οι ηλίανθοι”, λέει ο Rogo.
Τα πλεονεκτήματα της επεξεργασίας γονιδίων σε φυτά μέσω εμβολιασμού
Το βασικό πράγμα σχετικά με τον εμβολιασμό είναι ότι σχετικά απομακρυσμένα φυτά μπορούν να εμβολιαστούν το ένα στο άλλο – για παράδειγμα, μπορείτε να εμβολιάσετε βλαστούς ντομάτας σε υποκείμενα πατάτας. Έτσι, παρόλο που δεν είναι δυνατό να γίνει γενετική μηχανική σε ένα υποκείμενο ηλίανθου για γονιδιακή επεξεργασία, θα πρέπει να είναι δυνατό να γίνει γενετική μηχανική σε σχετικά φυτά για να δημιουργηθεί ένα συμβατό υποκείμενο.
Μόλις υπάρξει ένα υποκείμενο που παράγει τα απαραίτητα RNA, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη γονιδιακή επεξεργασία μιας μεγάλης ποικιλίας φυτών. “Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις ρίζες για να παραδώσετε Cas9 και οδηγούς επεξεργασίας σε κάθε είδους ελίτ ποικιλίες”, λέει ο Julian Hibberd στο Πανεπιστήμιο του Cambridge.
«Η δημιουργία του διαγονιδιακού υποκειμένου δεν είναι μεγάλη προσπάθεια, δεδομένου ότι χρειάζεται να γίνει μόνο μία φορά και στη συνέχεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πάντα και για πολλά είδη», λέει ο Ralph Bock, ο οποίος είναι επίσης στο Ινστιτούτο Max Planck, αλλά δεν είναι μέλος της ομάδας του Kragler.
Για παράδειγμα, μόνο λίγες ποικιλίες σταφυλιών, όπως το Chardonnay, μπορούν να αναγεννηθούν από μεμονωμένα κύτταρα και έτσι μπορούν να τροποποιηθούν. Αλλά μόλις δημιουργηθεί ένα υποκείμενο Chardonnay γονιδιακής επεξεργασίας που παρέχει, για παράδειγμα, αντοχή σε ασθένειες, θα λειτουργούσε για όλες τις ποικιλίες σταφυλιών και όχι μόνο.
Ο Rogo προβλέπει επίσης να συνδυάσει τον εμβολιασμό με την ιογενή προσέγγιση. Τα υποκείμενα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την παράδοση των μεγάλων mRNA για το Cas9, ενώ οι ιοί θα παρέχουν τα RNA οδηγούς. Με αυτόν τον τρόπο, το ίδιο υποκείμενο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να κάνει πολλές διαφορετικές επεξεργασίες γονιδίων, λέει.
Βασικά σημεία σχετικά με την γονιδιακή επεξεργασία φυτών και τον εμβολιασμό:
- Η τεχνική του εμβολιασμού μπορεί να επιτρέψει την γονιδιακή επεξεργασία φυτών που είναι δύσκολο να τροποποιηθούν.
- Αυτή η μέθοδος θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη πιο παραγωγικών και θρεπτικών ποικιλιών.
- Είναι μια εναλλακτική λύση στις παραδοσιακές μεθόδους γενετικής μηχανικής που δυσκολεύουν την τροποποίηση ορισμένων φυτών.
Συχνές Ερωτήσεις (FAQ)
Ερώτηση: Είναι ασφαλή τα φυτά που έχουν υποστεί γονιδιακή επεξεργασία μέσω εμβολιασμού;
Απάντηση: Όπως με κάθε νέα τεχνολογία, απαιτούνται εκτενείς έλεγχοι ασφαλείας. Ωστόσο, η μέθοδος του εμβολιασμού έχει το πλεονέκτημα ότι δεν εισάγει επιπλέον DNA στο γονιδίωμα του φυτού, κάτι που θεωρείται θετικό από τις ρυθμιστικές αρχές σε ορισμένες χώρες.
Ερώτηση: Πότε θα δούμε στην αγορά προϊόντα που προέρχονται από φυτά με γονιδιακή επεξεργασία μέσω εμβολιασμού;
Απάντηση: Εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των ρυθμιστικών εγκρίσεων και της ανάπτυξης κατάλληλων υποκειμένων. Ωστόσο, υπάρχει μεγάλη προοπτική για την ταχεία εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας.
Ερώτηση: Μπορεί η γονιδιακή επεξεργασία μέσω εμβολιασμού να βοηθήσει στην αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής;
Απάντηση: Ναι, μέσω της δημιουργίας φυτών που είναι πιο ανθεκτικά στην ξηρασία, τις ασθένειες και άλλες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής.