Technologie zmian genetycznych roślin mogą nieść spore zagrożenia

Uprawa manioku w Rwandzie (fot. arch. PAP/EPA/DAI KUROKAWA)

My żywimy się głównie pszenicą i ziemniakami, Azjaci – głównie ryżem. Dla Afryki i wszelkich obszarów tropikalnych podstawowym dostawcą jadalnej skrobi jest maniok.

Każdy i tak będzie wierzył własnym jelitom. Koniec glutenowej rewolucji?

Gluten, choć dla niektórych spośród nas bywa ciężko strawny i immunogenny, jest dla zdrowego organizmu człowieka potrzebny. Na diecie bez chleba i...

zobacz więcej

Dlatego odkąd w Europie uprawiamy zboża (to jest już jakieś minimum 10 tys. lat), uszlachetniamy naturalnie nasze odmiany, na ogół drogą uzyskiwania mieszańców i selekcji. Ta zaś wybujała pszenica, którą jemy dziś, pochodzi od swej dzikiej niepozornej kuzynki z okolic stanowiska archeologicznego Göbekli Tepe w południowo-wschodniej Turcji. Gdzie zresztą, jak się przyjmuje, celowa uprawa zbóż miała swoją światową premierę nie mniej niż 12 tys. lat temu. Dziś w rozwoju rolnictwa pomaga nam nie tylko intensywność uprawy, chemizacja, ale i inżynieria genetyczna.

Genom pszenicy udało się wreszcie zsekwencjonować w ubiegłym roku, z wielkim trudem i ponosząc spore nakłady środków publicznych i prywatnych. Wcześniej jednak również, choć mozolniej, niż dziś, zmieniano metodami inżynierii genetycznej i uzyskiwano eksperymentalnie odmiany oporne na suszę, choroby czy herbicydy, które walczą z zachwaszczeniem zbóż. Nie inaczej jest w Azji, gdzie Chińscy naukowcy uzyskali pełną sekwencję genomu ryżu znacznie wcześniej i gdzie nie istnieją żadne znaczące bariery tak dla pozyskiwania genetycznie modyfikowanych roślin, jak i wprowadzania ich do uprawy. I gdzie presja konieczności wyżywienia rosnącej populacji jest nagląca.

A co z Afryką? Głodną, pustynniejącą, cierpiącą niedorozwój naukowo-techniczy? Co da się zrobić dla manioku, który stanowi podstawę zdrowego, ale wcale niełatwego do uzyskania pożywienia? Wykorzystywane kulinarnie bulwy tej rośliny uprawiano na terenie Ameryki Południowej, a dokładnie Peru, niemal tak samo dawno, jak my w Europie uprawiamy pszenicę. Maniok jednak – nieco inny jego typ i smak – uprawiany jest także od ponad 5 tys. lat na terenie Brazylii. Skąd żeglarze i handlarze niewolników zawlekli go w wieku XVI do Afryki równikowej (Gwinei, Kongo i dalej), Portugalczycy zaś nieco później do swych kolonii w Azji Południowo-Wschodniej.

Dziś 2/3 ludności tropików żywi się głownie maniokiem pod różnymi postaciami. Postać znana nam to tzw. tapioka, czyli specjalna mączka skrobiowa ze zmielonych i prażonych bulw – maniok jest bowiem na surowo trujący, niczym kwas pruski, wymaga zatem pracochłonnej obróbki. Wspaniała w cukiernictwie, wykorzystywana w dietach, tapioka na europejski rynek pochodzi z Tajlandii. Areał manioku to ok. 25 mln hektarów, które dostarczają ok. 230 mln ton bulw. A nie wszystko to na mąkę i tapiokę. Część, coraz większa, na alkohol i biopaliwo.

Chińczycy znowu przekraczają granice, czyli o małpie, której mózg ma się rozwijać jak ludzki

Uczeni z Chin od czasu uzyskania przez dr He Jiankui za pomocą techniki CRISPR-Cas9 bliźniaczek odpornych na AIDS i potencjalnie...

zobacz więcej

Gdy jest tak potężny i rozwojowy biznes, wkracza nauka. Gdyby bowiem poprawić wydajność, choćby przez uodpornienie manioku na najpowszechniejsze u roślin choroby wywoływane przez wirusy, zysk mógłby być gigantyczny. Roślina bowiem jest w uprawie niełatwa, wymaga np. bardzo korzystnych warunków meteorologicznych i ma długi, nawet kilkunastomiesięczny okres wegetacji od sadzenia do zbioru. Taki zaś przykładowy wirus mozaiki manioku potrafi zmniejszyć plony o 20 proc.

Najnowocześniejszą dziś, wydaje się prostą i dostępną w formie komercyjnego „zestawu” do wykonania eksperymentu, jest tzw. technologia CRISPR-Cas9. Nie wchodząc zbyt głęboko w jej szczegóły: pozwala ona na edycję dowolnego i celowo wybranego fragmentu DNA będącego częścią genomu każdego ziemskiego organizmu. Same wykorzystywane w niej enzymy pochodzą z bakterii, które korzystają z systemu, z którego stworzono w laboratoriach metodę CRISPR-Cas9, do bronienia się przed wirusami. Wirusy bowiem, zwane fagami, są dla bakterii chorobotwórcze. System zapożyczony od bakterii i udoskonalony pozwala wyciąć lub włożyć a także przeredagować dość długi fragment DNA, zmieniając jego sekwencję. A zatem zmieniając stabilnie kodowane w tym fragmencie białko,

Wyobraźmy sobie zatem, że jakiś gen manioku koduje receptor, czyli białko, dzięki któremu wirus potrafi przeprowadzić skuteczną inwazję na tę roślinę. Na ogół nie możemy się tego białka tak po prostu pozbyć z rośliny, bo pełni ono też jakąś niezbędna funkcję w jej życiu. Np. dostarcza jakieś ważne dla przeżycia związki chemiczne z gleby etc. Gdyby jednak tak zmienić to białko za pomocą CRISPR-Cas9, by nadal pełniło swoją niezbędną rolę w roślinie, a jednak by wirus się do niego nie kleił? Można pozyskać, dzięki metodom komputerowej analizy obrazów kryształów białkowych, wiedzę, jakie zmiany w sekwencji DNA manioku byłyby w tym celu niezbędne. Potem ich dokonać i cieszyć się opornym na wirusa maniokiem.

No jednak nie tak prędko, o czym przekonali się uczeni z Universitetu Stanu Alberta (Kanada), Uniwersytetu w Liège (Belgia) i Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologicznego. Na szczęście nad zmienionym genetycznie maniokiem pracowali w szczelnie i ściśle kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Gdyż ich wysiłki stworzenia manioku opornego na wirusy zakończyły się raczej powołaniem „do życia” superwirusów.

Wirusy roślinne to najczęściej bardzo niewielkie cząsteczki nie tyle DNA, co jego jednoniciowego kuzyna – RNA. Cząsteczka ta jest niezmiernie ewolucyjnie plastyczna – szybko mutuje, szybko się dostosowuje, zapewniając wirusowi przetrwanie. Sama zaś technologia CRIPR-Cas9 stosuje jednoniciowe fragmenty kwasów nukleinowych – czyli dla wirusa niejako matrycę do zmian. A jednocześnie wywiera na wirusa niebywale silną presje selekcyjną. Albo wirus się zmieni, albo przepadnie. Cząsteczek wirusowych mogą być tysiące w każdej roślinnej komórce. Wystarczy by zmieniła się jedna. To ona da początek nowemu wirusowemu klonowi. To on potem opanuje roślinę i kolejne rośliny. Choćby były teoretycznie odporne na wirusa dzięki inżynierii genetycznej.

Naukowcy europejscy i kanadyjscy próbujący pozyskać wartościową odmianę manioku dla Afryki, pozyskali jedynie bardzo groźnego mutanta wirusa z grupy Geminiviridae. Dziś nakłaniają kolegów po fachu w swej publikacji na łamach najnowszego numeru Genome Biology, by koniecznie wykonali tego typu eksperymenty laboratoryjne dotyczące wirusów, i to na szeroką skalę, zanim nawet pomyślą o wprowadzeniu na pola jakichkolwiek roślin zmienionych technologią CRISPR-Cas9. Oby byli wysłuchani.

źródło:
Zobacz więcej