2023 Autor: Cole Macduff | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-05-21 16:00
Muidu jahedal aprillihommikul asusime doktor Zachary Lippmani juures kasvuhoone kunstlikku kuumusesse ja niiskusesse Cold Spring Harbori laborisse - kuulsasse Long Islandi uurimisrajatisse, mis oli DNA avastamise teerajaja, ja vahtisin põllumajanduse tulevik. See oli tomatitaim, kuid erinevalt kõigist, mis kunagi olemas on olnud. Seal, kus enamik on pikad ja jalad, oli see lühike ja põõsas. Seal, kus enamik vilju eraldab üksikutel vartel, uhkeldasid see erkspunase kirsstomatiga tihedad kobarad nagu viinamarjad viinapuul. Lippman, taimegeneetik, kellel on sirp, habe ja nakatav entusiasm lehtede vastu, lõi taime CRISPR abil - uue geenitoimetamise tehnikaga, mis paneb pöördeliselt aretama taimi. Ja ta usub, et see tehnoloogia on laine eesliinil, mis - kui tarbijad seda aktsepteerivad - muudavad põllukultuurid raskemaks, suurema saagikuse ja säästlikumaks ning muudavad toiteväärtuslikumaks ja maitsvamaks toiduks.
"Vaata seda klastrit!" Ütles Lippman, põlvitades, et haarata peotäis puuvilju. "See on äärmuslik näide, kus me alustasime kirsstomatiga, mis oli väga pikk ja tegi kolm geenitoimetust." Esimese kahe DNA tüki varjamine muutis taime lühikeseks ja viljakaks ning kolmas vähendas varre pikkust iga vilja vahel, muutes taime kangekaelseks tomatitootmise dünamoks, mis sobib suurepäraselt vertikaalsetes linnatingimustes, kus põllukultuure kasvatatakse suletud, siseruumides. Vertikaalsel põllumajandusel on mitmeid keskkonnaalaseid eeliseid: see võib vähendada meie toodetele kulutatavaid toidumaid (ja süsiniku jalajälge) ning kaitsta põllukultuure veidrate ilmastikuolude, näiteks ekstreemsete tormide või põudade eest (vaadates teid, kliimamuutused). Samuti nõuab see palju vähem maad ja ressursse kui traditsiooniline talu.
Loe lisaks: GMOd: kas need on ohutud? Mis on plussid ja miinused?
Selle tomati läbimurded on CRISPRi lubadus, mis on alates sündmuskohale jõudmisest 2012. aastal muutnud bioloogilised teadused meditsiinist põllumajanduseks. CRISPR on mikroskoopiline molekulaartööriist, mida saab programmeerida täpsete muudatuste tegemiseks mis tahes DNA-s. elav asi. See on märkimisväärselt täpne ja hõlpsasti kasutatav. (Vt allpool "CRISPR: Explained".) Suurem osa varasematest geneetiliselt muundatud põllukultuuridest (GMO) hõlmas tervete geenide liikumist liikide vahel ja oli nii ebatäpne, et tüüpilised projektid võtsid aastaid aega, kuid CRISPR ja muud geeniredaktoritehnoloogiad võivad muuta üksikute kirjade tähti DNA olemasolevas organismis, jäljendades seda tüüpi juhuslikke mutatsioone, millest aretajad on ajalooliselt sõltunud.
Mis aga Lippmani õigesti õhutas, on see, kui kiiresti see töötab. Kui traditsioonilised sordiaretajad võivad uue sordi valmistamiseks nõuda aastakümneid, ületades kannatlikult erinevaid tüvesid ja ristudes ning lootes, et õiged omadused tulevad kokku, suutis ta vanast kirsstomatist raku võtta, CRISPRi abil soovitud jooni muuta ja uut kasvatada taimed mõne kuu pärast. (Vt "4 viisi, kuidas uusi põllukultuuride sorte tehakse".)
Ja ehkki üks kääbuskirsstomat ei kavatse maailma muuta, usuvad paljud eksperdid, et selline võimalik peene geeniredaktsioon käivitab põllumajanduses uue rohelise revolutsiooni - ja mitte liiga kiiresti. Juba praegu kaotavad maailma põllumehed põua ja kuuma stressi tõttu kuni 25% saagist. Kuna kliimamuutused varitsevad jätkuvalt, suureneb saagi ebaõnnestumiste arv. Kuid teadlased, nagu Lippman, on hakanud kavandama põllukultuure, mis taluvad kõrgemat temperatuuri ja toodavad rohkem toitu vähem vett ja vähem kemikaale kasutades. Ja see võiks teha vahet toidukindla maailma ja palju hirmsama maailma vahel. Tegelikult leiti ajakirjas Transgenic Research avaldatud hiljutises uuringus, et enamik küsitletud 114 eksperdist (teadlaste, teadlaste, biotehnoloogia eriala esindajate ja valitsusametnike segu) usub, et geenide redigeerimine võib parandada saagikust, kvaliteeti, vastupidavust kliimale ja ülemaailmne toiduga kindlustatus ning 68% on nõus, et see võiks aidata vähendada põllumajanduse keskkonnajalajälge.
Kui ma kükitasin, et kontrollida karmiinpunase puuvilja läikivaid kobaraid, võisin tunda esimesi paradigmamuutuse peasid. Olin alati GMOde suhtes skeptiline. Kuid mida rohkem ma rääkisin Lippmani ja teiste taimeinimestega ning õppisin selliste tehnikate kohta nagu CRISPR, seda enam hakkasin mõtlema, kas vanad GMOd olid lihtsalt tehnoloogia ebamugav noorukietapp ja kas see uusim taimepõlv võib tõepoolest meie toiduvarud on säästlikumad, kindlamad ja maitsvad.
Geneetilise muundamise juured
Enamik inimesi ei saa aru, et agressiivne Monsanto geenitehnoloogia omaksvõtmine 1970. ja 1980. aastatel pidi aitama põllumajandustootjaid kemikaalide sõltuvusest vabastada. DDT ja teiste pestitsiidide murettekitavad ohud olid selgunud ning Monsanto teadlased hakkasid katsetama geneetika kasutamise viise taimede kahjuritõrje looduslike vormide lisamiseks. Nende esimene edu oli Bt mais ja puuvill, mis sisaldas looduslikult esinevast mullabakterist (Bacillus thuringiensis) pärit geeni, mis muutis põllukultuurid mürgiseks neile nakatunud usside suhtes, kuid ei mõjutanud teisi putukaid ega imetajaid. Bt põllukultuurid vähendasid pestitsiidide kogust, mida põllumajandustootjad pidid nendel põllukultuuridel kasutama, kuni 99%.
Kui Monsanto oleks seda teed jätkanud, oleks GMO-de ajalugu võinud olla väga erinev. Kuid selle asemel pööras ettevõte tähelepanu sellele, et muuta põllukultuurid vastupidavaks herbitsiidile Roundup, sisestades geeni teisest bakterist. Roundup Ready põllukultuur (kasvatatud loomasöödaks, etanooliks ja töödeldud toitudeks, erinevalt suhkrumaisist) ja sojaoad vabastati 1990. aastatel. Talunikud armastasid neid. Töömahuka ja ebatäpse umbrohutõrje asemel võiksid nad oma põllukultuure lihtsalt glüfosaadiga (Roundupi aktiivne kemikaal) pritsida ja tappa. Tänapäeval on enamus Põhja-Ameerikas istutatud põldude maisi ja soja Roundup Ready ning glüfosaadi globaalne kasutamine on plahvatuslikult kasvanud.
Paljud tarbijad muretsevad kõigi selle herbitsiidijääkide mõju pärast nende tervisele ja keskkonnale, kuid see on veel üks põhiprobleem. Geeni võtmine organismist nagu bakter ja selle ülekandmine metsikult erinevale, nagu maisitaim, tundub lihtsalt jube. Kas geenide segamisel võib olla tahtmatuid tagajärgi viisil, mida loodus poleks kunagi lubanud? Vaatamata teadlaste kinnitustele, et GMO-sid on ohutu süüa, ei soovi paljud tarbijad neist mitte ühtegi osa. See ei ole takistanud GMO-maisil, sojal ja rappel toiduvarude ülevõtmist, kus need on üsna nähtamatud ja neid süüakse iga päev. Puuviljad ja köögiviljad on aga jäänud suuresti puutumata. GMO väljatöötamine võib maksta sadu miljoneid dollareid ja karjatada seda järskude regulatiivsete tõkete kaudu, mida USDA kehtestab transgeensetele põllukultuuridele. Ja arvestades tõenäolist avalikku tagasilööki, on vähesed ettevõtted nõus sellega riskima.
Kuid kui Lippman luges CRISPRi kohta esimesi artikleid, teadis ta, et põllukultuuride aretus on igaveseks muutunud. "Haarasin kleepuva märkme ja kirjutasin 'CRISPRi promootor' ja kleepisin selle oma lauale. Oli asju, mida oleksin alati tahtnud proovida, kuid surusin need mõttesse, sest polnud tööriistu, mida teha. Niipea, kui uuringud jõudsid, liikusid ideede propageerija CRISPR otse esirinnas. See on kuri põnev aeg, "ütles ta, kui uurisime Cold Spring Harbori kasvuhoones kümneid geeniredaktoriga tomateid.
Ta selgitas, et taimede ja loomade iga geen sisaldab promootoriks kutsutavat DNA tükki, mis kontrollib selle geeni energiat. Kui geeniks on auto, on promootoriks gaasipedaal. Kasutades CRISPR-i promootoritega viiuldamiseks, võiks Lippman muuta mis tahes geeni kiireks, aeglaseks või üldse mitte. Seda oleks palju lihtsam teha ja mis oluline, et taimes poleks võõraid geene - kuna ta näksib tomati enda DNA-d. Kõik need muutused olid asjad, mis võivad ilmneda loomulikult, kui kasvatajal on väga-väga vedanud. Lippman lootis, et see muudab geeniredaktoriga põllukultuurid tarbijate ja föderaalsete regulaatorite jaoks vähem murettekitavaks.
Eelmisel aastal kinnitas USDA, et ta ei kohelda neid põllukultuure erinevalt traditsioonilistest põllukultuuridest, kinnitades, et "USDA ei reguleeri ega kavatse reguleerida taimi, mida oleks võinud traditsiooniliste aretusmeetodite abil välja töötada", kuna agentuur leiab need vastloodud taimed "on traditsiooniliste aretusmeetodite abil välja töötatud taimedest eristamatud". See vähendab tohutult aega ja raha, mis on vajalik geenitoimetatud toidu turule toomiseks, muutes selle elujõuliseks väiksematele spetsiaalsetele põllukultuuridele ja sõltumatutele ettevõtetele - see tähendab, et näeme neid palju. Juba töödes: haiguskindel kakao ja banaanid, kofeiinivabad kohvioad, maitsestatud maasikad ja tomatid, mitteõielised seened ja õunad ning palju muud. (Vt "Toiduainete ostmine on muutumas".)
Mõned kõige paljulubavamad geeniredaktoriga kultuurid pärinevad Minnesota firmalt Calyxt, mis kasutab CRISPR-ile sarnast tehnikat nimega TALEN. Veebruaris hakkas ettevõte müüma esimest geeniredaktoriga toitu, sojaõli Calyno, mis on valmistatud sojast, kuid mille rasvaprofiil sarnaneb oliiviõliga. Muud Calyxtis arendatavad põllukultuurid hõlmavad kõrgema kiudainesisaldusega nisu, lutserni, mida kariloomad saavad kergemini seedida (mille tulemuseks on madalam metaani emissioon), veelgi tervislikuma rasvasisaldusega rapsiõli ja kartulit, mis talub paremini külmhoidmist.
Kuid kas inimesed söövad neid? Paljud tarbijad ja kaitserühmad kahtlevad geeniredaktoris sügavalt. 2018. aasta Pew Research Centeri uuringus väitis 59% vastanutest, et nad usuvad, et geneetiliselt muundatud toidud põhjustavad terviseprobleeme ja 56% pidas neid keskkonnale kahjulikuks. (Ehkki 76% väitis, et nad võiksid suurendada ülemaailmset toiduga varustamist.) CRISPR-i vastase võitluse juhtiv mittetulundusühing on Earth Friends, kes avaldas 2018. aastal aruande pealkirjaga Geeni redigeeritud organismid põllumajanduses: riskid ja ootamatud tagajärjed. Nagu raporti kaasautor Dana Perls selgitas, "on uued geenitehnoloogia tehnikad, näiteks geenide redigeerimine, riskantne … [ja neid] uusi GMOsid tuleb enne turule ja meie toidusüsteemi jõudmist korralikult hinnata tervise- ja keskkonnamõjude suhtes." Muret tekitab raporti üksikasjade hulgas see, et CRISPR võib põhjustada tahtmatuid geneetilisi muutusi või vigu või muuta olulisi geene viisil, mis mõjutab ohutult inimeste tervist ja keskkonda.
Kas need on tegelikult põhimõtteliselt dikantsemad kui traditsiooniliselt kasvatatud kultuurid? Mitte tingimata. Nagu Lippman mulle juhtis tähelepanu, on CRISPRi tehtavad muudatused just need, mis meie põllukultuurides tuhandeid aastaid toimuvad, mille tulemuseks on suuremad viljad või seemned, parem saak ja prognoositavam kasv. Mutatsioonid juhtuvad iga kord, kui organism paljuneb: oma genoomis olevatest miljarditest DNA-tähtedest kopeeritakse tuhandeid ja aeg-ajalt saadakse midagi hämmastavat. See juhib evolutsiooni. Nii et ühe toimetatud geeni pärast muretsemiseks pole Lippmani sõnul mõtet. "See on üks mutatsioon juba eksisteerivate meres. Iga taim, mida sööte, sisaldab tuhandeid uusi mutatsioone," kehitas ta õlgu. "Kuidas sa end tunned?"
Stanfordi rahvusvahelise julgeoleku ja koostöö keskuse vanemteadur, PhD Megan J. Palmer, kes on uue tehnoloogia ohtude hindamise ekspert, nõustus. "Risk on suhteline," ütles ta mulle. "Me kaldume alahindama tuttavate tehnoloogiate riske ja üle hindama uute riske. Traditsiooniline aretus võib juhuslikumaid mutatsioone sisse viia rohkem kui geenide redigeerimine." Palmer ütles, et peame arvestama ka muutuva kontekstiga, milles hindame uusi tehnikaid: "Me teame, et tulevikus seisame silmitsi igasuguste riskidega, näiteks nendega, mis kaasnevad kliimamuutustega. Kui need tehnoloogiad võivad aidata neid hallata, see on oluline kaalutlus."
Peale tomatite ja seente
Pole tähtis, kui paljud eksperdid kinnitavad geenitoimetatud toitude ohutust, on tarbijatel hiilimisfaktor kangasteljed. Seetõttu võib põllumajanduses olla kõige lootustandvam inseneriorganism, mida inimesed ei pea üldse sööma. See on tõestatud mikroob ja just sellega ravis Põhja-Dakota talunik Chad Rubbelke enne selle kevade istutamist oma nisuseemneid.
Rubbelke peab 3000 aakri kõva nisu, sojaubade, päevalillede, rapsi ja lina maale, mis põlvest põlve tema perekonnale tagasi tuleb. Kuid ta on osa noorte, keskkonnateadlike, tehniliselt asjatundlike põllumeeste uuest lainest, kes raputavad asju Kesk-Läänes ja arvab, et Tõestatud võib lämmastikväetise kasutamist tunduvalt vähendada, mis on põllumajanduse üks suurimaid keskkonnaprobleeme.
Lämmastik on taimede kasvu jaoks hädavajalik ja meie kiiresti kasvavad taimed vajavad intensiivset varustamist. Kuid ainult umbes pooled igal aastal kasutatavast 120 miljonist tonnist väetisest muudavad selle tegelikult põllukultuurideks. "Lämmastiku sattumine maasse on taluniku jaoks ilmselt suurim peavalu," ütles Rubbelke. "See on kallis. Ja õiges etapis selle saavutamine on peaaegu võimatu." Kui tingimused on liiga märjad, jookseb see jõgedesse, kus põhjustab surnud tsoone, mis suruvad elu meredest, kuhu nad tühjenevad. Kui tingimused on liiga kuivad, aurustub see õhku ja muutub suureks kasvuhoonegaasiks. EPA hinnangul tekitab väetiselahus 74% kõigist USA dilämmastikoksiidi heitmetest - eriti kahjulik kasvuhoonegaas (see on 300 korda tugevam kui süsinikdioksiid). Sellest väetisest loobumine ei ole praegu siiski võimalik; ilma selleta tootaksime vaid poole vähem toitu ja 3 miljardit inimest kogu maailmas võiks nälga jääda.
Tõestatud võib seda muuta. Californias Berkeley linnas asuva startupi Pivot Bio fluorestsentsvalgustusega kasvuruumis uurisin liivaga täidetud kastides kümneid maisi- ja sojaoataimi. Nende juurtes elasid sümbiootiliselt tõestatud mikroobid (mida oli seemnetele kantud). Need on loodud lämmastiku pidevaks õhust väljatõmbamiseks - mida enamik taimi pole ise võimelised tegema - ja lusikaga seda otse taime juurtele söötmiseks. Loodusmaailmas teevad mõned mikroobid seda mõõdukate kogustega, kuid geenide redigeerimine on käivitanud protsessi mitu sälku. Taimede kasvades koloniseeruvad mikroobid ja tagavad lämmastiku ühtlase toitumise, kaotamata seejuures vett ega õhku. Ja kuigi Proven ei suuda väetise kasutamise täielikuks asendamiseks piisavalt lämmastikku toota, võib selle mõju siiski tohutu olla.
See juhtis Chad Rubbelke tähelepanu. "Mulle müüdi! Midagi, mis pole keemiline ja võib keskkonda aidata, võiks olla meie talus suur tegija," sõnas ta. "Kui me suudame kasutada mikroobi lämmastiku muhke saamiseks siis, kui me seda vajame, ilma et peaksime seda ise rakendama, võib see vabastada 50% meie väetisevajadusest." See omakorda vähendaks märkimisväärselt lämmastiku äravoolu ja kasvuhoonegaaside heitkoguseid. Jaanipäevaks oli ta tulemusi juba näinud ka oma nisukultuurides. "Kui proove võtsime, näitas iga üksik märgatavat erinevust töötlemata nisust," ütles Rubbelke. "Tõestatud nisu oli märgatavalt kõrgem ja suurema juuremassiga. See oli põnev ja ma loodan, et need tulemused annavad lõpuks suurema saagi."
Teadusuuringute Pivot Bio läbiviidud uuring näitab, et kui kolmandik Ameerika maisitalunikest võtaks Proveni kasutusele, oleks kasvuhoonegaaside ekvivalendiks peaaegu 1,5 miljoni auto teelt välja viimine ja see takistaks 500 000 tonni nitraatide leostumist veeteedesse. Kui ma istusin koos Pivot Bio tegevjuhi, doktor Karsten Temmega kasvuhoonete lähedal asuva konverentsilaua taga, ütles ta mulle siiani, nii hea: "2018. aastal testisime Provenit koos mõnekümne põllumehega. Me ütlesime: "Proovige meie toodet ja vaadake, mida arvate." Igaüks neist on juba sel aastal ärikliendiks registreerunud. Meid puhuti minema. " Ettevõte suudaks toota vaid piisavalt tõestatud, et varustada paarsada kasvatajat 2019. aastal, kuid selliste investeeringutega nagu Bill Gates Breakthrough Energy Ventures, kes seda toetavad, loodab Temme laieneda 2020. aastal tuhandetesse.
Pivot Bio'l on arvukalt konkurente muundatud bioloogiliste ainete - mikroobide ja ensüümide valdkonnas, mis toetavad taimi erinevatel viisidel. Kuigi mitmed üritavad väetiseprobleeme lahendada, on teiste eesmärk aidata taimedel taluda kuumuse või põua põhjustatud stressi. "Mikroobid on nagu taime immuunsussüsteemi pikendus," selgitas Temme. "Nad saavad aidata tal kliimamuutustele vastu seista ja muuta kogu ag-süsteem vastupidavamaks ja jätkusuutlikumaks." Umbrohtude vastu võitlemiseks on ette nähtud ka muud bioloogilised ained. Ja kui see juhtub, ütles Rubbelke, et ta on esimene rivis: "Meile ei meeldi herbitsiidide kasutamine nii palju, kui teile, kutid, ei meeldi nende kohta kuulda!"
Mitmekesisema toidusüsteemi poole
Nii põnevil kui Lippman uute valmistatavate tomatite pärast suhtub, pole CRISPRi jaoks see, mis teda kõige rohkem erutab, tomatid üldse. "Tulge vaadake seda," ütles ta ja viis mind kasvuhoone teise ossa, kus ühe seina kohal domineeris kirju hekk. "Te vaatate tomatite looduslikku esiisa. Kesk- ja Lõuna-Ameerika looduskeskkonnas pole tomat üheaastane. See on pikk, võsane, puitunud mitmeaastane taim." Ta tõstis lehe, et paljastada pisike roheline nunn. "Vaadake seda väikest vilja siinsamas? See ei lähe suuremaks kui pisike marmor."
Tuhandete aastate jooksul suutsid kasvatajad tomati suurust suurendada, valides pidevalt taimi, mille mutatsioonidega tehti suuremaid vilju, kuid kuni 1920. aastateni oli enamik tomateid laialivalguv. Siis avastas üks Florida põllumees friikamutatsiooniga taime, mis muutis selle kompaktseks ja tihedalt viljaseks ning see moodustas tänapäevase tomatitööstuse. Äkki saaks neid kasvatada ridakultuuridena ja hõlpsalt koristada. Enamik kaubanduslikke sorte on pärit sellest algsest taimest.
Ja nii on see enamiku toidukultuuride puhul, ütles Lippman. Igaüks sõltus haruldastest mutatsioonidest, et muuta need millekski, mida saaks kasvatada. "Sadadest tuhandetest taimeliikidest on kümned tuhanded söödavad," ütles ta. "Me sööme vist paarsada." Teisisõnu, iga kodustatud tomati või artišoki kohta ei lisandunud veel 500 söödavat looduslikku puuvilja ja köögivilja. Ja iga põllumajanduses kasutatava kasuliku geeni kohta istub veel 500 kõrvale. Kes teab, milliseid värskeid viise põua, kuumuse, haiguste, kahjurite, toitumise, maitseomaduste ja muude tulevaste probleemide lahendamiseks võib leida kõige sellesse kogunenud looduslikku tarkusesse?
"Me avame need geneetilise mitmekesisuse reservuaarid looduses!" Hüüdis Lippman ja tõukas mind üle kasvuhoone, et vaadata kahte laialivalguvat põõsast. "Ma arvan, et sellel on suur potentsiaal muuta see suureks marjasaagiks." Ühe taime lehtede all varitsesid papist laternad, millel kõigil oli üks väike vili. Nad olid jahukaste, maitsvad looduslikud taimed, mis annavad harust ainult ühte vilja. "Ma armastan nende asjade maitset," ütles Lippman. "Kuid nad on kõige halvemad tootjad, keda võimalik ette kujutada, ja nad kannavad igaveseks vilja. See on õudusunenägu. Kuid me saame muuta need kompaktsemaks, lillede kiiremaks ja suurema kontsentratsiooniga puuviljadeks."
Muidugi, see on lihtsalt mullafrees (OK, võib-olla maitsev mullafrees), aga kui CRISPR suudab neid supermarketisse korraliku hinnaga panna, siis kes teab, mida see veel meie repertuaari võiks lisada?
Lippman valis pinnasejahi, kooris laterna tagasi ja andis selle mulle kätte. "Lõhnab. Nad on nii head. Kõik need ananassi- ja vanillilõhnad." Seistes selles klaasitud aias, hoidsin ma puuvilju ninani ja arutasin, kas hammustada. See haises imeliku, kuid ahvatleva, uue ja samas sügavalt tuttava lõhna järgi nagu midagi meie ürgsest minevikust. Olin kõik sisse.
CRISPR: Selgitatud
CRISPR on meeldejääv lühend sõnadest, mis on haaramatu: rühmitatuna regulaarselt vaheldumisi lühikesi palindroomseid kordusi. 2012. aastal avastas California Berkeley ülikooli teadlaste meeskond keemia ning molekulaar- ja rakubioloogia professori Jennifer Doudna juhtimisel, kuidas kasutada CRISPR-i sihitud geeniredaktsioonide tegemiseks praktiliselt ükskõik millises organismis. Geeniredaktor töötab ka loomadel. Teadlastel on suured plaanid sarveta lehmade (mis ei peaks läbima valulikku ja töömahukat nuhkimist), linnugripi suhtes immuunsete kanade ja sigade, kellel ei esine sigade paljunemis- ja hingamisteede sündroomi (jaoks, mis maksavad Ameerika põllumeestele miljardeid dollarit aastas). Erinevalt taimedest reguleerib FDA loomade geenide redigeerimist - praegu kehtivad samad reeglid nagu GMOdele, muutes enamiku nende turule toomise liiga kulukaks ja aeganõudvaks. Siin on üksikasjalikum ülevaade sellest, kuidas tehnoloogia töötab geenide redigeerimiseks.
1. Teadlased tuvastavad selle tunnuse geeni, mida nad tahavad muuta.
2. Seejärel kujundavad nad suunava RNA ahela (molekul, mis suudab leida ja lugeda DNA-s sisalduvat geneetilist teavet), et see vastaks selle geeni DNA täpsele järjestusele. RNA külge kinnitatakse ensüüm, tavaliselt Cas9, mis toimib omamoodi molekulaarsete kääridena.
3. CRISPR-konstruktsioon lisatakse katsetorusse või Petri tassi koos redigeeritava lahtriga.
4. Juhend-RNA otsib raku genoomi, kuni leiab vastava DNA järjestuse, näiteks kahtlustatava valimine politsei (väga suurest) rivist - siis lukustub.
5. Seejärel nuhkivad Cas9 "käärid" DNA täpselt selles kohas. Kui teadlased tahavad geeni lihtsalt keelata, siis sellest piisab. Kuid nad saavad redigeerida ka uue DNA tüki lisamisega, mille järjestus on neil uus.
6. Rakkudel on looduslikud parandusensüümid, mis õmblevad purustatud DNA ahelad kokku. Kui lisatud on uus DNA tükk, õmmeldakse see pilusse, muutes geeni.
7. Rakkude paljunemisel on neil kõigil uus DNA ja nad väljendavad soovitud tunnust.
4 viisi: kuidas saadakse uusi põllukultuuride sorte
Kuidas erineb geenitoimetamine GMO-st ja teistest sordiaretuse meetoditest
TRADITSIOONIVÕIME
Esimene töötaja: sellest ajast, kui inimesed hakkasid taimi kasvatama (umbes 23 000 aastat tagasi).
Kuidas see töötab: aretajad risttolmlevad sama liigi kahte sorti. Saadud seemnetel on kahe vanema geenide segu koos normaalsete juhuslike mutatsioonidega. Kasvatajad kasvatavad neid ja valivad kõige soovitavamate tunnustega taimed. See meetod hõlmab ka hübriide, mis algasid 1920. aastatel: ristatakse kaks täiesti erinevat taime, et saada järglasi, millel on mõlemalt vanemalt tunnuseid, näiteks sidruni ristamine mandariini apelsiniga, et saada Meyeri sidrun. (Pärisnurki seevastu paljundatakse lahtise tolmeldamise abil, lastes taimedel minna seemnele ning seejärel neid seemneid säästa ja ümber istutada. Vahel toimuvad looduslikud mutatsioonid ja talupidajad valivad neile meelepäraste tunnuste järgi ning kasvatavad neid uusi sorte.)
Mõjutatud geenide arv: paar geeni tervete genoomideni.
Föderaalne määrus: puudub.
Kasutatakse: peaaegu kõike, mida sööme.
MUTAGENESIS
Esimene töötaja: 1950-ndad
Kuidas see töötab: seemned puutuvad kokku kiirguse ja / või kemikaalidega, et tekitada geenides mutatsioone, seejärel idanema. Kasvatajad valivad kõige huvitavamad tulemused (mis on ettearvamatud) ja ristavad neid olemasolevate sortidega.
Mõjutatud geenide arv: sadadest tuhandeteni.
Föderaalne määrus: puudub.
Kasutatakse: paljudel tavalistel toitudel, näiteks punane greip, riis, kakao, oder, nisu, pirnid, herned, maapähklid ja piparmünt.
GENEETILINE MUUTMINE (teise nimega GMO või transgeenne)
Esimene töötaja: 1980-ndad
Kuidas see toimib: Geenitehnoloogid eraldavad ühest geenist terve geeni ja sisestavad selle täiesti teise liiki.
Mõjutatud geenide arv: üks kuni kaheksa.
Föderaalne määrus: kõrge
Kasutatakse järgmistel põllukultuuridel : põld mais, sojaoad, rapsi, baklažaan ja papaia.
Geeni redigeerimine
Esimene töötaja: 2010-ndad
Kuidas see toimib: Geenitehnoloogid kasutavad CRISPR-i või muid molekulaarseid tööriistu, et teha konkreetseid muudatusi üksikute taimerakkude DNA-s.
Mõjutatud geenide arv: üks või mitu.
Föderaalne määrus: puudub
Kasutatud: umbes 25 toidul, sealhulgas riis, mais, nisu, tsitruselised, kartul ja kohv.
Toidupoed on muutumas
Need on mõned geeniredakteeritud toidud, mida võite järgmise paari aasta jooksul näha:
Haiguskindlad banaanid
Miks: peamise kaubandusliku banaanisordi Cavendishi kaitsmiseks haiguste, sealhulgas seente, mida nimetatakse Fusarium, põhjustatud laastamise eest.
Põuale talutavad sojaoad
Miks: säilitada ülemaailmne toidutootmine kuumemate, kuivemate suvede ajal.
Kompaktsed, kõrge saagikusega tomatid
Miks: vertikaalse põllumajanduse edendamiseks ja traditsiooniliste talude maavajaduse vähendamiseks, saagikuse suurendamiseks, toidumillide vähendamiseks, põuataluvuse parandamiseks
Suuremad, kõvemad magusad kartulid
Miks: Aafrika toiduga kindlustatuse parandamiseks. Bataadis on tõstetud ka beetakaroteeni taset A-vitamiini puuduse raviks.
Suure saagikusega riis
Miks: Aasias toiduga kindlustatuse parandamiseks.
Haigustekindel kakao
Miks: geeni väljalükkamiseks, muutes taime immuunseks patogeeni suhtes, mis hävitab praegu 20–30% kakao kaunad aastas.
Kui soovite saada rohkem lugusid toidu tuleviku kohta, klõpsake läbi
ROWAN JACOBSEN on mitme raamatu, sealhulgas Ameerika Terroiri, autor. Ta sai James Beardi auhinna oma EatingWelli mängufilmi "Or not to Bee" eest.
Rowan Jacobson
Oktoober 2019 EatingWell
