211service.com
Nauwkeurigere genetische manipulatie voor planten
Genetische manipulatie van planten is een tijdrovend proces. Methoden die momenteel worden gebruikt om genetische veranderingen aan te brengen, zijn onnauwkeurig, dus het is vaak nodig om duizenden planten te genereren om er een te vinden die toevallig de gewenste verandering heeft. Twee kranten in deze week Natuur detail het gebruik van een genetische technologie waarmee wetenschappers plantengenomen nauwkeuriger kunnen targeten. De methode, die eerder werd gebruikt bij dieren en in menselijke cellen, kan worden gebruikt om een nieuw gen te introduceren, kleine veranderingen in bestaande genen aan te brengen of te voorkomen dat een gen tot expressie wordt gebracht; het maakt het ook mogelijk om verschillende genetische veranderingen in dezelfde plant te introduceren.
Genfixatie: Met behulp van een nieuwe techniek hebben onderzoekers een gen in tabaksplanten veranderd om ze herbicideresistent te maken. De planten die links worden getoond, kunnen gedijen wanneer ze worden blootgesteld aan herbiciden, vergeleken met controleplanten rechts.
We hebben nu enige controle over de genetische code van de plant, zegt Daniel Voytas , hoofdauteur van een van de artikelen en een geneticus aan de Universiteit van Minnesota. De techniek maakt niet alleen preciezere veranderingen mogelijk, maar verhoogt ook de efficiëntie van het genereren van genetisch gemanipuleerde planten voor gebruik als voedsel of brandstof, of voor het absorberen van koolstof en het reinigen van het milieu. Als je een gen elke keer met precisie op dezelfde locatie kunt afleveren, kan dat het regelgevingslandschap veranderen en de kosten van het maken van deze transgene planten verlagen, zegt hij.
Vipula Shukla, een wetenschapper bij Dow AgroSciences , die de andere studie leidde, zegt dat voor plantenwetenschappers alle conventionele hulpmiddelen die voor ons beschikbaar zijn, gebaseerd zijn op methoden die willekeurige wijzigingen aanbrengen in het genoom van planten. Deze methoden omvatten het gebruik van een bacteriële vector om DNA in een plantencel over te brengen, of het fysiek opblazen van met DNA beklede deeltjes in cellen. DNA dat op deze manieren is geïntroduceerd, zegt Shukla, kan overal in het genoom van de plant landen en onbedoelde bijwerkingen hebben, zoals het veranderen van een bestaand gen of het produceren van meerdere kopieën van het gen van belang. Wetenschappers genereren doorgaans veel planten en screenen ze vervolgens om de planten te vinden waarin de gewenste verandering succesvol was.
Beide nieuwe onderzoeken - de ene werd geleid door Dow en de andere door een academisch consortium - maakten gebruik van een gen-targeting-technologie genaamd zinkvingernucleasen - synthetische eiwitten die zich precies op locaties in het genoom kunnen richten en specifieke genetische veranderingen kunnen aanbrengen.
Zinkvingernucleasen werken door beide strengen DNA op een specifieke plaats in het genoom te breken. Deze dubbele breuk zet de eigen reparatiemachines van de cel aan om de kloof te dichten. De machine zal vaak zoeken naar een stukje DNA dat lijkt op het beschadigde gebied om te kopiëren en terug te plakken in het genoom. Door een stukje DNA dat sequenties van het oorspronkelijke gen bevat, te voorzien van de gewenste veranderingen - ofwel de toevoeging van een nieuw gen of een verandering in de sequentie - kunnen wetenschappers de cel ertoe aanzetten de genetische code te veranderen terwijl deze de breuk herstelt. De technologie kan ook worden gebruikt om een gen te blokkeren door gebruik te maken van een ander reparatiemechanisme waarbij de cel eenvoudig de twee gebroken uiteinden weer samenvoegt, wat vaak nieuwe DNA-sequenties verwijdert of invoegt op de reparatieplaats, wat resulteert in DNA-code die kan' niet goed worden gelezen.
De Dow-groep gebruikte de methode om twee veranderingen door te voeren in maïs, een plant die veel wordt gebruikt voor veevoer. De onderzoekers richtten zich op een gen dat betrokken is bij de productie van fytaten, chemicaliën in maïs die de meeste dieren niet kunnen verteren, en gebruikten het gen als een landingsplaats om een ander gen in te voegen dat de plant tolerantie geeft voor herbiciden. Tegelijkertijd verstoorden ze het doelgen, zodat de plant minder fytaten produceert, die volgens Shukla zich ook kunnen ophopen als afval in het water dat van boerderijen afvloeit. Het op deze manier stapelen van gewenste eigenschappen is niet eenvoudig te realiseren met bestaande technologieën.
De academische groep gebruikte een vergelijkbare methode, ontwikkeld door de Zinkvingerconsortium , een internationaal team van onderzoekers dat zich inzet voor de ontwikkeling van een openbaar beschikbaar platform voor het ontwikkelen van zinkvingernucleasen. In plaats van een nieuw gen aan een plant toe te voegen, gebruikten de onderzoekers zinkvingernucleasen om een veranderde genetische sequentie in een bestaand gen in tabaksplanten te introduceren; het eiwit dat door het gen wordt gecodeerd, is een doelwit van herbiciden en de veranderingen maken de planten herbicideresistent. Voytas zegt dat de mogelijkheid om zulke subtiele veranderingen in een gen aan te brengen, onderzoekers een nieuwe manier zal geven om plantenbiologie te bestuderen.
De methode vereist nog steeds het genereren van meerdere planten en ze te screenen om de planten te vinden die met succes zijn gewijzigd, maar de aantallen lopen in de tientallen of honderden, in plaats van duizenden of tienduizenden. Shukla schat dat de technologie de tijd die nodig is om een fabriek te bouwen met ongeveer de helft verkort. De methode vereist ook de creatie van zinkvingernucleasen die specifiek zijn voor een bepaalde toepassing. Shukla zegt dat Dow zijn platform al gebruikt voor het maken van de moleculen in zijn interne producten en in academische onderzoeksprojecten, en dat het van plan is de technologie in licentie te geven voor academisch, commercieel en humanitair gebruik. Voytas zegt dat het Zinc Finger Consortium zijn methode openbaar maakt en trainingen in de techniek gaat aanbieden.
Matthew Porteus , een biochemicus aan de Universiteit van Texas in San Antonio, die een begeleidend redactioneel commentaar schreef in Natuur , zegt dat de twee artikelen de eerste voorbeelden zijn van onderzoekers die een gen van belang hebben gekozen, zinkvingernucleasen voor dat gen hebben ontworpen en de nucleasen hebben gebruikt om specifieke modificaties in planten aan te brengen. Porteus, die onderzoek doet naar zinkvingernucleasen als methode voor gentherapie bij mensen, zegt dat de belangstelling voor zinkvingernucleasen de afgelopen jaren is toegenomen. Ze worden gebruikt als een manier om precieze mutaties in zebravissen te creëren, en er is nog maar net een klinische proef bij mensen begonnen die het gebruik van zinkvingernucleasen zal testen om genetische veranderingen in de T-cellen van patiënten met hiv te creëren, in de hoop hun cellen beter in staat om infecties te bestrijden.