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?

Zalai-somogyi "fogás" lett idén az Év Strandétele

Megszavazták az idei strand legjobb, újraértelmezett ételét. A hagyományos zalai-somogyi ételre tejfölhab, szárított paradicsom, ementáli és kecskesajt, pirított vöröshagyma és lilahagyma kerül...

A lengyelek Európa málna-nagyhatalma

Míg Magyarországon jelentősen csökkent a málnatermelés, addig néhány szomszédos és közeli országban eredményes ez a tevékenység – derül ki az Agrárgazdasági Kutató Intézet zöldség-, gyümölcs- és borpiaci jelentéséből.

Ellenálló fajhibridek: milyen bor lesz belőlük?

Mind nagyobb jelentősége lesz az ellenálló szőlőfajtáknak, ahogy folyamatosan szűkül a használható növényvédő szerek köre, derült ki a Makó Szabolcs növényvédelmi tanácskozáson. Balatonbogláron a gyártók által ajánlott technológiákat hasonlítják össze. Ezúttal részletes előadást hallhattunk a rezisztens fajtákról, és a szerkivonások jegyében soraljművelő gépeket is bemutattak.

A hiányzó harmadik kéz a csomagolóiparban

Egyelőre még nem használják nehéz fizikai munkára az együttműködésre képes robotokat, az úgynevezett „cobotok”-okat a csomagolóiparban. Azonban így is megkönnyítik az dolgozók munkáját, és csökkentik a kézzel végzett munka mennyiségét. Ez növeli a hatékonyságot és javítja az alkalmazottak egészségét, miközben a munkájukat sem veszi el.

Kukoricából a legjobbat

A gazdák döntéshozatalának segítése érdekében a Gabonatermesztők Országos Szövetsége – GOSZ -, a Nemzeti Agrárgazdasági Kamara – NAK -, és a Vetőmag Szövetség Szakmaközi Szervezet és Terméktanács – VSZT – közös kukorica fajtakísérletbe vágott bele. A szervezetek vezetői sajtótájékoztatón ismertették a fajtaválasztással kapcsolatos tudnivalókat, beszámoltak a hazai vetőmagtermesztés helyzetéről.

A NAK és a MAGOSZ egyetért az mutagenezises szervezetekkel kapcsolatos elővigyázatossággal

A Nemzeti Agrárgazdasági Kamara (NAK), illetve a Magyar Gazdakörök és Gazdaszövetkezetek Szövetsége (MAGOSZ) 2018. július 30-án Dunaharasztiban tartott közös országos elnökségi ülésén az alábbi állásfoglalást fogadta el az Európai Unió Bírósága mutagenezisről hozott döntésével kapcsolatban.

Egy brüsszeli tetőn van a világ legnagyobb akvapóniás gazdasága

A négyezer négyzetméteres gazdaságban halakat nevelnek, zöldséget és gyümölcsöt termesztenek. A zárt körforgásos rendszer megálmodója hisz abban, hogy a városok ehhez hasonló fejlesztésekkel önellátóvá válhatnak.

Pitypangból gumiabroncs?

Áttörés előtt áll a világ gumiabroncs ipara. Német tudósok ugyanis bebizonyították, hogy az orosz gumipitypang helyettesíti az eddig megszokott kaucsukot.

Nagy István: védelmet, gazdasági előnyt jelent a GMO-mentes stratégia

Nagy István agrárminiszter reagált a az Európai Bíróság a döntésére, szerint az mutagenezises (végleges genetikai változás létrehozása) növénytermesztési technikákkal létrehozott élőlények is a GMO kategóriába esnek.

Veszélyben a magyar egynyárifajták

2015-ben Csemőn, Kováts Zoltán egynyári nemesítőről elnevezett emléksétány és harangláb avatásakor arról beszéltek a szervezők, hogy a harangot akkor fogják félreverni, ha a magyar fajták sorsát veszélyeztetve látják. Úgy érzik, elérkezett a vészharang megkondításának az ideje.