Czy "genetyczne nożyczki" zrewolucjonizują rolnictwo? Laureatka Nobla twierdzi, że tak

Dzięki możliwości zwalczania ludzkich chorób edycja genomu stała się popularna. Ale inżynieria genetyczna może pomóc uprawom przetrwać perturbacje związane ze zmianami klimatycznymi. Tak przynajmniej uważa Jennifer Doudna w cyklu The WIRED World In 2023. To amerykańska biochemiczka i biolożka molekularna związana z Uniwersytetem Kalifornijskim w Berkeley oraz laureatka Nagrody Nobla w dziedzinie chemii za 2020 rok.

Jennifer Doudna otrzymała nagrodę Nobla właśnie za tzw. metodę CRISPR-Cas, zwaną także popularnie metodą "genetycznych nożyczek". Stanowi ona najważniejsze i najsłynniejsze spośród współczesnych narzędzi inżynierii genetycznej. To właśnie tą metodą edytowano genom Lulu i Nany - dwóch pierwszych modyfikowanych genetycznie dzieci.

Narzędzie to, zaadaptowane z bakteryjnego systemu immunologicznego, pozwala nam na cięcie i edycję kodu genetycznego w każdej żywej komórce w celu dokonania wysoce ukierunkowanych zmian i napraw.

Dziesięć lat po odkryciu, implikacje edycji genomu CRISPR-Cas już są dość dalekosiężne, ale to dopiero początek drogi. Terapie genowe pomogły pewnej liczbie osób cierpiących na choroby genetyczne. Dużą nadzieję daje potencjał tej metody, bo chodzi nawet o 7 tys. chorób genetycznych o znanych przyczynach. Trwają prace nad wyprodukowaniem leków na wiele dolegliwości - od cukrzycy po choroby zakaźne.

- W 2023 roku zaczniemy tymczasem korzystać z nowych rozwiązań opartych na CRISPR w innych dziedzinach. Na przykład, w ślad za wstępnymi wynikami badań klinicznych, niedawno weszły na rynek pierwsze aplikacje rolnicze wykorzystujące CRISPR - pisze noblistka.

Zatwierdzona przez Amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA) edycja genów bydła odtwarza śliską sierść, która sporadycznie występuje w naturze, ale pozwala krowom tolerować rosnące temperatury. Z kolei pomidor z edycją CRISPR, zatwierdzony do sprzedaży w Japonii, ma zwiększone właściwości odżywcze. W innych uprawach inżynieria genetyczna jest stosowana eksperymentalnie w celu zwiększenia plonów, zmniejszenia zużycia pestycydów i wody oraz ochrony przed chorobami. Kolejną przestrzenią dla ekspansji "genetycznych nożyczek" będzie zmiana klimatu, będąca największym wyzwaniem naszych czasów.

Po pierwsze, nowe badania mają na celu zmniejszenie emisji dwutlenku węgla przez rośliny uprawne. Rolnictwo jest odpowiedzialne za około jedną czwartą globalnej emisji gazów cieplarnianych. Pochodzą one głównie z mikrobów znajdujących się w glebie, na przykład na polach ryżowych, lub w jelitach zwierząt hodowlanych. 

- Nowe badania koncentrują się na tym, jak wykorzystać inżynierię genetyczną do edycji tych mikrobów lub zmiany składu społeczności mikrobów w celu ograniczenia lub nawet wyeliminowania emisji gazów cieplarnianych - wspomina Doudna.

Po drugie, być może uda się znaleźć sposoby na poprawę naturalnej zdolności roślin i mikrobów do wychwytywania węgla i przechowywania go w glebie. Rośliny "wdychają" dwutlenek węgla podczas fotosyntezy i wykorzystują go do produkcji energii, ale zazwyczaj węgiel jest dość szybko zwracany do atmosfery. Nowe badania mają na celu zarówno doprowadzenie do wychwytywania węgla, jak i o wzbogacenie nim gleby.

Po trzecie, inżynieria genetyczna ma pomóc w minimalizacji nakładów na rolnictwo, takich jak nawozy i pestycydy, których wytwarzanie i użytkowanie negatywnie wpływa na środowisko. Nowe badania mają na celu zmodyfikowanie podstawowych upraw, takich jak ryż, aby mogły rosnąć przy użyciu mniejszej ilości nawozów. CRISPR można wykorzystać do uodpornienia roślin na powszechne patogeny i szkodniki, zmniejszając tym samym zapotrzebowanie na wysokoemisyjne środki chemiczne.

Wreszcie, potrzeba wesprzeć rolnictwo w związku ze stopniem zmian klimatycznych, które już nastąpiły lub są nieuniknione. Nowe badania mają prowadzić do stworzenia roślin, które mogą produkować więcej żywności i innych materiałów przy mniejszym zużyciu wody, będąc przy tym znacznie bardziej odpornymi na ekstremalne temperatury.

Krzysztof Maciejewski