Back to top

Precíziós nemesítés – az elcsendesített génektől hangos a tudományos világ

A génszerkesztéssel pontról pontra, tetszőlegesen, az ember számára kedvező irányban változtatható a növények és az állatok genetikai anyaga. Ha az ily módon előállított termékeket nem tekintjük GMO-knak, egy új innovációs lehetőség nyílik meg a növénynemesítők előtt - mondta Dudits Dénes akadémikus, a Magyar Tudomány Ünnepe november 6-ai előadásán a Magyar Tudományos Akadémián.

A precizitás az élet minden területén, így a mezőgazdaságban, és annak egy szűkebb területén, a nemesítés, a fajta-előállítás során is fontos. Ehhez, a precizitás eléréséhez a molekuláris biológiai kutatás forradalmian új technológiákat adott a nemesítők kezébe.

Ma már, a korábbiakhoz képest sokkal precízebben módosíthatók a gének, kezdte Dudits Dénes az előadását, amelynek központi témája, „központi molekulája” a DNS volt. Mint ismert, ez az élet kódját hordozó molekula – szerkezetéből adódóan – biztosítja egyrészt a tulajdonságok öröklődését, másrészt irányítja a fejlődési programot. Az érthetőség kedvéért előrebocsátotta, hogy előadásában sokszor esik szó a DNS-t alkotó molekuláris elemekről, a nuk­leotidokról, amelyeknek a sorrendje jelenti a genetikai kódot. Az alapfogalmak tisztázása során arra az ismert tényre is emlékeztetett, hogy a termés a gének és a környezet kölcsönhatásának az eredménye. A gének összességét hívjuk genomnak, s az abban található genetikai információ valósítja meg azt a fejlődési programot, amelynek végterméke – esetünkben – az ember számára hasznos mezőgazdasági termék.

Az evolúció alapja

A DNS-molekula, és az azt felépítő egységek a természetben is folyamatos változásnak vannak kitéve. Ennek során alakulnak ki a spontán mutációk, s ezek képezik az evolúció alapját. Gyakorisága elenyésző, minden 100 milliomodik nukleotidra jut egy. Amikor a nemesítők besugárzással vagy kémiai mutagének használatával indukált mutációkat hoznak létre, az arány lényegesen javul, 1:1000 lesz.

Ennek ellenére, hangsúlyozta az előadó, a klasszikus nemesítési módszerek nem irányíthatók.

Például egy keresztezés után nem befolyásolhatók a genetikai történések, de még indukált mutáció esetében sem tudható előre, hogy melyik gén mutálódik. Több tízezer nö­­vényt vagy állatot kell termeszteni, illetve tenyészteni ahhoz, hogy a kívánt tulajdonságot mutató egyedek kiválogathatók legyenek.

Ezt az irányíthatatlanságot szüntetheti meg egy teljesen új technológia, a genomszerkesztés.

Ezzel együtt, hangsúlyozta Dudits Dénes, a hagyományos nemesítés, benne a mutációs nemesítés nagyon sikeres, évről évre nő a növények, az állatok teljesítőképessége.

Több mint 3200 mutációs eredetű növényt termesztünk, s ez azért fontos, emelte ki az előadó, mert az uniós szabályozás szerint a mutánsok és a mutációból származó tenyész­anyagok nem GMO-k.

Példaként egy olyan rizst említett, amelyik esetében a kutatók gammasugárzással indukált mutációval jelentősen megnövelték a szemek súlyát. A kérdés tehát az, hogy a véletlenszerű mutációs folyamat mi­­ként, milyen eljárással tehető irányíthatóvá?

Dudits Dénes
Fotó: MTA: Szigeti Tamás

Új módszerek

Az egyik ilyen technológiával foglalkoznak az előadó intézetében, az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjában. Arra keresik a választ, hogy miként lehet a laboratóriumban megszintetizált rövid DNS-molekulák, az úgynevezett oligonuk­leotidok felhasználásával irányított mutációt létrehozni, hogyan tud egy szintetikus DNS-molekula specifikus nukleotidcserét, indukált mutációt kiváltani.

Az eljárás lényege, hogy a kívánt mutáció beépítése érdekében elhelyezett új nukleobázis pá­­rosodási zavart okoz, mert nem képes kapcsolódni a gazda-DNS azonos pozíciójú nuk­leotidjával. Ez a zavar, ami a DNS-szál törésével is járhat, működésbe hozza a sejt saját hibajavító enzimrendszerét. A javítási folyamat során a megfelelő nukleotid épül be a DNS-szálba, és így egy új, három nukleotidból álló triplet jön létre, ami már más, a tervezett aminosav beépülését irányítja a fehérjeszintézis alatt.

Egyetlen aminosav cseréje lényegesen befolyásolhatja a fehérje sajátosságait, és ezen keresztül a kívánt irányba változhatnak meg a növény sejtjeinek, szerveinek sajátosságai. A módszer előnye, hogy transzgén-mentes, tehát nem kell idegen gént beépíteni, egyszerű a megtervezése és a szintézis is viszonylag olcsó. Azonban számos korlátja is van, amelyek gátolják az alkalmazást és a hatékonyságot.

A technológia fejlesztéséhez és optimalizálásához tehát szükség van egy olyan marker rendszerre, amellyel követhető a mutáció. Ebből a célból létrehoztak egy olyan kukorica sejtvonalat, amelyik hibás fluoreszcens fehérje gént hordoz, s ezért ezek a sejtek nem fluoreszkálnak. Ha azonban ezekbe a sejtekbe belövik az (aranyrészecskékhez rögzített) oligo­nuk­leotidokat, akkor láthatóvá válnak (fluoreszkálnak) a javított sejtek, azok, amelyekben bekövetkezett a korrekció.

A napjainkban leggyakrabban használt és legígéretesebb módszer azonban a CRISPR/Cas9 technológia. Ezt ismertetve az előadó ismét a kukorica növényt hozta példának. A kukoricának több mint 2 milliárd(!) nuk­leotidja van, ezek között kell megtalálni azt az egyet, amit ki szeretnénk cserélni és mutáltatni.

A célszekvenciát ebben az esetben egy vezér RNS-molekula ismeri fel, amihez hozzákötődik egy DNS-t hasító enzim, a Cas9 nukleáz.

Ez kettős szálú hasítást okoz a célszekvencia, a kicserélendő nukleotid közelében. Miközben kijavítódik ez a DNS-törés, megtörténhet a kívánt módosítás. (Ehhez egy minta DNS-t használnak, ami legtöbbször szintetikus oligo­nukleotid.)

Fotó: MTA: Szigeti Tamás

Elcsendesített gének

 

Ezzel az eljárással a kutatók intenzíven vizsgálják a magyar mezőgazdaságot is érintő aszály okozta veszteségek mér­séklésének lehetőségét, s ebben a kérdésben is új utat nyithat a genomszerkesztés. A kukoricában például megtalálható az argos nevű gén, amelyet ha a CRISPR/Cas9 technológia segítségével magasan expresszáltatnak, akkor a legkritikusabb időszakban, a vi­­rágzáskor bekövetkező szárazság esetén sem csökken a termés mennyisége.

Aszályos körülmények kö­­zött fontos a levelek légzőnyílásainak állapota, ettől függ ugyanis, hogy a növény mennyi vizet veszít. Az ezt befolyásoló hidrogén-ATPáz enzim génjének DNS szekvenciájába – szintén CRISPR technológiával – egy stopkodont építettek be, aminek következtében a gén „elcsendesült”. Ennek ered­ményeként a sztómák a korábbiakhoz képest előbb záródnak, ezzel csökken a növények párologtatása, vízvesztése.

CRISPR technológiával betegségekkel szembeni re­­zisztencia is kialakítható.

A rizs járványos barnulásának kórokozója is megfékezhető, ehhez egy fehérje gén kikapcsolását kell elvégezni irányított mutagenezissel. A lisztharmat az egyik legsúlyosabb gabonabetegség, s úgy tűnik, erre is lesz megoldás. Ehhez a búza kináz génjét kell „elrontani”, működésképtelenné tenni, a mutánsok a kontroll növényekhez képest sokkal kisebb lisztharmat fertőzöttséget mu­­tatnak. Gyapottal is végeztek kísérleteket: szintén CRISPR technológiával elrontották az argináz nevű gént, így a növények nagyobb gyökérzetet nö­­vesztettek, aminek szintén aszály esetén van nagy jelentősége.

A példák sorát az állattenyésztéssel folytatta az előadó. Ismert, milyen nagy károkat okoz az RNS-vírus által okozott sertésbetegség, a sertés reproduktív és légzőszervi szindrómája (PRRS). Ahhoz, hogy a vírus képes legyen megfertőzni egy sejtet, egy olyan fehérjére van szükség, amihez kötődni tud. Ez az úgynevezett receptor fehérje. Ha ennek a receptor fehérjének egy egységét genomeditálással (szintén CRISPR/Cas9 technológiával) elrontjuk, akkor a vírus nem tud kötődni a sejtekhez, következésképpen rezisztencia alakul ki.

A genomeditálási kutatások másik célgénje az úgynevezett miosztatin gén. A miosztatin fehérje ugyanis az izmok növekedését és differenciálódását gátolja. Ha ezt a miosztatin gént szerkesztéssel mutáltatják, ak­­kor a mutáns egyedek a vad típushoz képest nagyobb hústömeget növesztenek. (Ezen a területen igen sikeres kutatások folynak Gödöllőn, a Biotechnológiai Központban. Hiripi László és munkatársai nagyobb hústömegű nyulakat állítottak elő.) Szarvasmarhák esetében is igen jelentős testtömeg-növekedés érhető el a miosztatin gén elhallgattatásával.

A humán táplálkozást érintő példát hozva az előadó a tojásallergiát említette, amelytől sok embertársunk szenved. Az allergiás reakcióért két fehérje felelős: az ovalbumin és az ovomukoid. Az ezeknek a fehérjéknek a termelődéséért felelős gének szintén elcsendesíthetők a CRISPR technológiával, és olyan tyúkok keltethetők ki, amelyek teljesen egészségesek, de nem működik bennük az ovalbumin és ovomukoid fehérje termelődéséért felelős gén.

Fotó: MTA: Szigeti Tamás

Nem GMO

Előadása végén Dudits Dénes kitért a technológiák eltérő megítélésére. Egy új nemesítési anyagot ugyanis különbözőképpen vé­­leményez az egyesült államokbeli és az európai szabályozás. Az amerikai szerint nem érdekes, hogy azt miként, milyen technológiával állították elő, ott a növény vagy állat tulajdonságai alapján döntenek.

Ezzel szemben az Európai Unió a módszer, az előállítás technológiája alapján dönt az egyes termékekről, és ahogy az előadó fogalmazott, ezért van most bajban. Mert ugyan annak idején döntöttek a GMO-ról, de nem számoltak azzal, hogy jön egy új technológia, a genomszerkesztés, és át kell alakítani a szabályozást.

Ez az ellentmondás az előadó szerint úgy lenne feloldható, ha a genomszerkesztéses tech­nológiát elfogadnák irányított mutagenezisnek.

Mert mint mondta, a felsorolt példákat is azért említette, mert jó lenne elkerülni azt a zsákutcát, amibe a GMO-ügy került. – Ha ugyanis elfogadjuk, hogy a genomszerkesztésből származó szervezetek irányított mutánsok, akkor azokra érvényes kell, hogy legyen az Európai Uniónak a meghatározása, amelyik nem tekinti GMO-nak a muta­ge­nezist, a sejtfúziót és a poli­ploi­dizációt.

– Az Európai Akadémiák Tudományos Tanácsadó Testületének, az EASAC-nak a javaslata arra kéri az EU-szabályozás megfogalmazóit, hogy mondják ki: a ge­­nomszerkesztéssel létrehozott termékek, amennyiben nem tartalmaznak idegen fajból származó DNS-t, nem esnek a genetikailag módosított szervezetekre, a GMO-kra vonatkozó szabályozás alá, hangsúlyozta végül Dudits Dénes.

 

Még javában dúl a szabadalmi harc a CRISPR kapcsán

A tudomány időről időre felkínál újabb és újabb módszereket a problémák megoldására. Ilyen a genomszerkesztés, a CRISPR/Cas9 technológia is. Sorra születnek ugyanis az editált, szerkesztett növény- és háziállat-változatok, amiket (nem idegen) gén beépítésével hoztak létre. Az eljárás Nobel-díj-várományos, és komoly licenszdíjat jelenthet a feltaláló(k)nak. Ezért érthető, hogy az elsőségért, a jogokért két cég, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem (UCB), illetve az MIT és a Harvard által támogatott Broad Intézet a bíróságon csapott össze.

Az első eredményeket ugyanis a UCB-s Jennifer Doudna és csapata (a svédországi Umeå Egyetemről Emmanuelle Charpentierrel kiegészülve) publikálta 2012-ben a Science folyóiratban. Ezt követte 2013 elején a Broad Intézetben dolgozó, MIT-s Feng Csang csoportjának CRISPR-tanulmánya az emberi genom szerkesztéséről, szintén a Science-ben. Az index.hu információi szerint a bíróság kimondta: nincs átfedés a két kutatócsapat szabadalmai között, és a UCB-n megszületett első eredményekből nem következnek nyilvánvalóan a további eredmények, ezeket nem tudta volna bárki megvalósítani.

A történetnek azonban itt persze még biztosan nincs vége. A Nature magazin szerint azért, mert a UCB minden bizonnyal fellebbez majd, továbbá a döntés csak az amerikai szabadalmakra vonatkozik, ettől függetlenül megy a harc az európai jogokért is. Az sem mellékes, hogy az egész ügy nem általában a CRISPR-ről szól, hanem egész pontosan a CRISPR/Cas9 nevű eljárásról, de a CRISPR-módszer más nukleázokkal is használható.

Példa erre a 2015-ben felfedezett CRISPR/Cpf1, amely még a Cas9-nél is egyszerűbbnek és pontosabbnak bizonyulhat, és mások mellett a Broad Intézetnek is van már rá vonatkozó szabadalma. A UCB kutatói pedig épp az idén februárban publikáltak egy tanulmányt két másik alternatíváról, a CasX és a CasY3 nevű nukleázokról. Vagyis hosszú távon az is előfordulhat, hogy nem is azok a szabadalmak érnek majd a legtöbbet, amelyekre a mostani döntés vonatkozik.

 

Forrás: 
magyarmezogazdasag.hu

Népszerű agrárszaklapok

Ezeket olvasta már?

Szőlőoltványok hazai kézből

Hazánkban mintegy 65 ezer hektár szőlőt tartunk nyilván, ennek 3 százalékos amortizációjával számolva évente legalább kétezer hektár ültetvényt kellene felújítani. Magyarországon az elmúlt években ugyan megugrott az oltványok iránti kereslet, ám nagy kérdés, miért nem hazai szaporítóanyagot vásárolnak a termelők?

A poszméh, mint eleven drón - videó

A mezőgazdasági termelők már használják a drónokat a növények megfigyelésére és a hőmérséklet vagy a páratartalom ellenőrzésére. Ezek az eszközök azonban eléggé energiaigényesek. Új módszereket keresnek. Az energiafogyasztó drónok helyett a Washingtoni Egyetem kutatói egy olyan rendszert hoztak létre, amely elég kis érzékelővel rendelkezik ahhoz, hogy azokat egy poszméh hátán helyezzék el.

Megbízható pritaminpaprikák

Régóta termesztett fajtatípus hazánkban a paradicsom alakú paprika, a bolgár kertészek honosították meg. A kezdetben termesztett szabad elvirágzású (konstans) fajtákat idővel fölváltották a nagyobb termőképességű, jobb bogyóminőségű hibridek.

Balázs Ervin maradt az MTA ATK főigazgatója

Az Akadémia négy kutatóközpontjában és két kutatóintézetében járt le tavaly év végén az eddigi főigazgatók, illetve igazgatók megbízatása. Egy kutatóközpontban és egy kutatóintézetben az eddigi vezetők mandátumát hosszabbították meg.

Száz év alatt sem láttak még ekkora beruházást

Szupermodern nemesítőállomást adott át a BASF a frissen megvásárolt Nunhems hollandiai telephelyén. A több mint százéves holland zöldségnemesítő vállalkozás életében ez az eddigi legnagyobb beruházás – számol be róla a nemét Gemüse szaklap.

A zöldség-gyümölcs biznisz legnívósabb díja

Kihirdették a Fruit Logistica Innovation Award, vagyis a berlini Fruit Logistica szakvásár innovációs versenyének díj tíz jelöltjét. A több mint hetven benevezett újdonságot szakmai zsűri válogatta meg, az arra legérdemesebbnek talált tíz közül pedig a február 6–8-ig tartó berlini kiállítás látogatói döntik majd el, melyik lesz a nyertes. Többek között szagtalan biotrágya és fajtaújdonságok is versenyeznek.

Ridegek és kemények: ők lesznek a jövő mezőgazdasági dolgozói?

A mezőgazdaságot érintő munkaerőhiányra a világ számos pontján keresik a megoldást a szakemberek. Az emberi dolgozókat kiváltó robotokban nagy lehetőségek vannak, kiváló példa erre Sweeper, amit – vagy akit – az USA kaliforniai üvegházaiban tesztelnek.

Az év fajtája, a Kékfrankos

2018-ban az ország területileg legelterjedtebb fajtájának évét ünnepeljük. A Kékfrankos ugyan nem őshonos fajtánk, de már több mint száz éve velünk él, gazdagítja szőlőkultúránkat. Méltán tekinthetjük sajátunknak, hiszen a Kárpát-medence adottságaihoz kiválóan alkalmazkodott, vörösborvidékeink főszereplője.

Légtisztító szobanövény nyúlgénekkel

Nyúlgént ültettek a tudósok a szobai futókába (Epipremnum aureum). Az így létrehozott génmodósított növény képes kiszűrni a levegőből a benzolt és a kloroformot, melyek nagyobb koncentrációban az egészségre károsak lehetnek.

Hőmérséklet, fajta, időzítés

Piaci viszonyokról, termesztési nehézségekről, a tenyészidő eltolódásáról és az azok elkerülésére alkalmas megoldásokról is hallhattak az érdeklődő kertészek Csanyteleken. Tóth Ákos kertészetében a ZFW Hortiservice Kft. tartott karfiolos szakmai napot és fajtabemutatót.