211service.com
Přesnější genetické inženýrství pro rostliny
Závody genetického inženýrství jsou časově náročný proces. Metody, které se v současnosti používají k dodání genetických změn, jsou nepřesné, takže je často nutné vygenerovat tisíce rostlin, abychom našli takovou, která náhodou vykazuje požadovanou změnu. Dva články v tomto týdnu Příroda podrobně popisuje použití genetické technologie, která vědcům umožňuje přesněji zacílit rostlinné genomy. Metoda, která se dříve používala u zvířat a v lidských buňkách, může být použita k zavedení nového genu, k malým změnám v existujících genech nebo k zablokování exprese genu; také umožňuje zavést několik různých genetických změn do stejné rostliny.
Fixace genů: Pomocí nové techniky vědci změnili gen v rostlinách tabáku, aby byly odolné vůči herbicidům. Rostliny zobrazené vlevo jsou schopny prospívat, když jsou vystaveny herbicidu, ve srovnání s kontrolními rostlinami vpravo.
Nyní máme určitou kontrolu nad genetickým kódem rostliny, říká Daniel Voytas , hlavní autor jednoho z článků a genetik na University of Minnesota. Tato technika umožňuje nejen přesnější změny, ale výrazně zvyšuje efektivitu generování geneticky upravených rostlin pro použití jako potravina nebo palivo nebo pro absorpci uhlíku a čištění životního prostředí. Pokud dokážete doručit gen pokaždé na stejné místo s přesností, mohlo by to změnit regulační prostředí a snížit náklady na vytvoření těchto transgenních rostlin, říká.
Vipula Shukla, vědec v Dow AgroSciences , který vedl druhou studii, říká, že pro vědce rostlin jsou všechny konvenční nástroje, které máme k dispozici, založeny na metodách, které provádějí náhodné modifikace rostlinných genomů. Tyto metody zahrnují použití bakteriálního vektoru k přenosu DNA do rostlinné buňky nebo fyzické vhánění částic potažených DNA do buněk. DNA zavedená těmito způsoby, říká Shukla, může přistát kdekoli v genomu rostliny a mít nezamýšlené vedlejší účinky, jako je změna existujícího genu nebo produkce více kopií požadovaného genu. Vědci obvykle vytvářejí mnoho rostlin a poté je prověřují, aby našli ty, ve kterých byla požadovaná změna úspěšná.
Obě nové studie – jednu vedl Dow a druhou akademické konsorcium – využívaly technologii genového cílení nazývanou nukleázy zinkových prstů – syntetické proteiny, které mohou přesně cílit na místa v genomu a provádět specifické genetické změny.
Nukleázy se zinkovým prstem fungují tak, že rozbijí oba řetězce DNA na specifickém místě v genomu. Toto dvojité přerušení přiměje vlastní opravárenský stroj buňky, aby trhlinu zalepil. Stroje často hledají kus DNA, který je podobný poškozené oblasti, aby jej zkopíroval a vložil zpět do genomu. Dodáním části DNA, která obsahuje sekvence z původního genu s požadovanými změnami – buď přidáním nového genu nebo změnou sekvence – mohou vědci přimět buňku, aby změnila genetický kód, když opravuje zlom. Tato technologie může být také použita k blokování genu využitím dalšího opravného mechanismu, ve kterém buňka jednoduše spojí dva zlomené konce zpět k sobě, což často odstraní nebo vloží nové sekvence DNA do místa opravy, což má za následek kód DNA, který nemůže ' nelze číst správně.
Skupina Dow použila tuto metodu k zavedení dvou změn do kukuřice, rostliny, která se často používá jako krmivo pro zvířata. Vědci se zaměřili na gen podílející se na produkci fytátů, chemických látek v kukuřici, které většina zvířat nedokáže strávit, a použili tento gen jako přistávací plochu pro vložení dalšího genu, který rostlině poskytuje toleranci vůči herbicidům. Zároveň narušili cílový gen, takže rostlina produkuje méně fytátů, které se podle Shukla mohou také hromadit jako odpad ve vodě odtékající z farem. Schopnost skládat požadované vlastnosti tímto způsobem není snadno proveditelná se stávajícími technologiemi.
Akademická skupina použila podobnou metodu vyvinutou v Konsorcium zinkových prstů , mezinárodní tým výzkumníků, který se zavázal vyvinout veřejně dostupnou platformu pro inženýrské nukleázy zinkových prstů. Místo přidání nového genu do rostliny výzkumníci použili nukleázy zinkových prstů k zavedení změněné genetické sekvence do existujícího genu v rostlinách tabáku; protein kódovaný genem je cílem herbicidů a změny činí rostliny odolnými vůči herbicidům. Voytas říká, že schopnost provádět takové jemné změny v genu poskytne výzkumníkům nový způsob, jak studovat biologii rostlin.
Metoda stále vyžaduje generování více rostlin a jejich prověřování, aby se našly ty, které byly úspěšně změněny, ale čísla jsou spíše v desítkách nebo stovkách než v tisících nebo desetitisících. Shukla odhaduje, že tato technologie zkrátí čas potřebný k výstavbě závodu zhruba na polovinu. Metoda také vyžaduje vytvoření nukleáz se zinkovým prstem, které jsou specifické pro konkrétní aplikaci. Shukla říká, že Dow již využívá svou platformu pro vytváření molekul napříč svými interními produkty a také v akademických výzkumných projektech a plánuje licencovat technologii pro akademické, komerční a humanitární použití. Voytas říká, že Zinc Finger Consortium zpřístupňuje svou metodu veřejnosti a bude nabízet školení v této technice.
Matěj Porteus , biochemik z University of Texas v San Antoniu, který napsal doprovodný úvodník v Příroda , říká, že tyto dva dokumenty jsou prvními příklady výzkumníků, kteří vybrali gen zájmu, navrhli pro tento gen nukleázy se zinkovým prstem a použili nukleázy k vytvoření specifických modifikací v rostlinách. Porteus, který zkoumá nukleázy zinkových prstů jako metodu genové terapie u lidí, říká, že zájem o nukleázy zinkových prstů v posledních několika letech roste. Používají se jako způsob, jak vytvořit přesné mutace u zebřiček, a právě začíná klinická studie na lidech, která otestuje použití nukleáz zinkových prstů k vytvoření genetických změn v T buňkách pacientů s HIV, s nadějí, že se to podaří. jejich buňky lépe odolávají infekci.