Eine Kartoffel, die mit Gen-Editing hergestellt wurde

Dan Voytas ist Pflanzengenetiker an der University of Minnesota. Aber an zwei Tagen in der Woche bricht er das Studium der Grundlagen des DNA-Engineerings ab und geht zu einem nahe gelegenen Unternehmen namens Cellectis Plant Sciences, wo er sie anwendet.

Kartoffelpflanzen, die beim gentechnischen Unternehmen Cellectis wachsen.

Seine neueste Kreation, die diesen Monat in einem Pflanzenjournal beschrieben wurde, ist eine Ranger Russet-Kartoffel, die bei typischen Kühllagertemperaturen keinen süßen Zucker ansammelt. Dadurch hält es länger und produziert beim Frittieren nicht so viel Acrylamid, ein mutmaßliches Karzinogen.

Was an der Kartoffel anders ist, ist, dass sie mit Hilfe von Gen-Editierung gezüchtet wurde, einer neuen Art von Technik zur Veränderung der DNA, von der Pflanzenwissenschaftler sagen, dass sie wegen ihrer Einfachheit und Kraft revolutionär sein wird. Die Technologie könnte auch eine Möglichkeit sein, Pflanzen zu entwickeln, die das Stigma und die Vorschriften vermeiden, die normalerweise mit genetisch veränderten Organismen (GVO) verbunden sind.

Im Fall des Ranger Russet hinterließ Voytas’ Gen-Editing-Technik, bekannt als TALENs, keine Spur außer ein paar gelöschten DNA-Buchstaben. Die Bearbeitung deaktivierte ein einzelnes Gen, das Saccharose in Glucose und Fructose umwandelt. Ohne ihn, meint Voytas, könnten die Kartoffeln viel länger ohne Qualitätsverlust gelagert werden.

Die Kartoffel ist ein Prototyp dessen, was Pflanzenwissenschaftler als schnell auftauchende neue Generation gentechnisch veränderter Pflanzen bezeichnen. Mit der Genbearbeitung glauben kleine Unternehmen, dass sie sehr schnell neue Nutzpflanzen für einen Bruchteil der typischen Kosten entwickeln können – selbst bei Arten, die bisher von der Biotechnologie weitgehend unberührt geblieben sind, wie Avocados, Sorghum und dekorative Blumen.

Die meisten gentechnisch veränderten Pflanzen, die bisher kommerziell angebaut wurden, enthalten Gene von Bakterien, um sie dazu zu bringen, Insektizide zu produzieren oder Unkrautvernichtungsmittel zu widerstehen. Öffentlicher Widerstand und regulatorische Anforderungen machen die Entwicklung dieser transgenen Pflanzen teuer. Aus diesem Grund sind fast alle Biotech-Pflanzen lukrative, großflächige Nutzpflanzen wie Soja, Mais und Baumwolle und werden nur von wenigen großen Unternehmen wie Monsanto und DuPont verkauft.

Im August das US-Landwirtschaftsministerium sagte Cellectis dass seine Kartoffel im Gegensatz zu transgenen Pflanzen nicht reguliert würde. Das bedeutet, dass die Ranger Russet, anstatt in eingezäunten Testfeldern angebaut zu werden und Ordner für Ordner mit Sicherheitsdaten zu erstellen, schnell auf den Markt kommen kann. Vor zwei Jahren kam die Agentur zu einem ähnlichen Schluss, als sie eine von Dow AgroSciences entwickelte, mit DNA bearbeitete Maispflanze in Betracht zog, obwohl sie noch nicht verkauft wird.

Dan Voytas

Wissenschaftler sagen, dass Produkte wie die Kartoffel nur der Anfang für Gen-Editing-Techniken in Pflanzen sind. Dieselben Technologien werden weit ausgefeiltere technische Verfahren ermöglichen, einschließlich der Manipulation der Photosynthese, um Pflanzen schneller wachsen zu lassen und mehr Nahrung zu liefern. Es ist eine enorme Chance, eine unergründliche Chance, sagt Martin Spalding, Pflanzenforscher an der Iowa State University.

Im Moment werden die Techniken verwendet, um Pflanzen auf bescheidenere Weise zu modifizieren. Die erste Welle dieser Technologie entfernt nur ein paar Basenpaare, sagt Yinong Yang, Professor für Pflanzenpathologie an der Penn State University, und bezieht sich auf die Kombinationen von DNA-Buchstaben – A, G, C und T – die ein Genom bilden . Indem man genau das richtige Gen ausschaltet, wie es die Forscher bei der Kartoffel getan haben, ist es möglich, einer Pflanze einige wertvolle Eigenschaften zu verleihen.

Der nächste Schritt, sagt Yang, wird darin bestehen, die DNA-Buchstaben von Pflanzengenen zu ändern und die Version eines Gens einer Pflanze gegen die einer anderen auszutauschen, von der bekannt ist, dass sie beispielsweise Resistenz gegen Krankheiten bietet. Yang sagt, dass es eine krankheitsresistente Form von Reis gibt, die sich von kommerziellen Arten nur durch wenige DNA-Buchstaben unterscheidet. Ich könnte das einfach auf Widerstand umstellen, sagt er. Es ist wie eine Gentherapie beim Menschen. Er sagt, er verhandle gerade über einen Vertrag zur Herstellung des gentechnisch veränderten Reises.

Was Voytas betrifft, so ist dies nicht das erste Mal, dass er sich daran macht, Pflanzen gentechnisch zu manipulieren. Vor einem Jahrzehnt gründete er ein Unternehmen namens Phytodyne, das auf einer früheren Technologie namens Zinkfinger-Nukleasen basierte, aber es scheiterte, nachdem Dow AgroSciences mehr als 50 Millionen US-Dollar für exklusive Rechte zur Verwendung dieser Art der Genbearbeitung in Pflanzen bezahlt hatte.

Voytas tat sich 2010 mit dem französischen Biotechnologieunternehmen Cellectis zusammen, nachdem es ihm angeboten hatte, ihn als Wissenschaftschef einer neuen Abteilung für Anlagentechnik einzusetzen. Die anfänglichen Bemühungen stießen jedoch auf Schwierigkeiten, als sich ein anderes Gen-Editierungssystem, Meganukleasen, als schwierig zu handhaben herausstellte und auch durch Patentstreitigkeiten blockiert wurde.

Schließlich kehrte Voytas ins Labor zurück und erfand einen neuen Weg, um Gene zu bearbeiten, indem er speziell konstruierte Proteine ​​namens TALENs verwendete. Diese Technologie wurde verwendet, um die Kartoffel von Cellectis sowie eine Sojabohne mit verbessertem Öl herzustellen. Seitdem arbeiten Voytas und Cellectis auch mit einer neueren Technik namens CRISPR (vgl Genomchirurgie ).

Voytas sagt, die Herstellung der Kartoffel habe nur etwa ein Jahr gedauert. Wenn Sie es durch Züchtung machen würden, würde es fünf bis zehn Jahre dauern, sagt er.

Insgesamt, sagt Luc Mathis, CEO von Cellectis Plant Sciences, kostete die Entwicklung der Kartoffel ein Zehntel dessen, was die Herstellung und Markteinführung einer transgenen Pflanze wie Mais oder Soja kostet. Wir müssen noch einige Daten generieren, aber es wird kein großer Prozess sein, sagt Mathis, der sich weiterhin mit den Aufsichtsbehörden trifft, um festzustellen, welche Schritte noch verbleiben, bevor die Kartoffel verkauft werden kann.

Cellectis wird mit der vorläufigen Aussaat fortfahren, sobald warmes Wetter in Minnesota eintrifft. Die ersten Ernten werden bestimmen, ob die Kartoffeln die kommerziellen Vorteile haben, die in Gewächshaustests festgestellt wurden. Wir müssen prüfen, ob wir die Kartoffel in der Kälte lagern können, sagt Mathis. Sobald wir den kommerziellen Proof of Concept haben, können wir mit den Landwirten besprechen, wie hoch das Interesse ist.

Laut Kevin Folta, Professor für Gartenbauwissenschaften an der University of Florida, trafen sich Anfang dieses Jahres etwa 50 Experten, darunter Wissenschaftler und Anwälte, in Arizona, um über die Genbearbeitung zu diskutieren und darüber, wie der Ansatz der Branche gegenüber den Aufsichtsbehörden in den Vereinigten Staaten und im Ausland orchestriert werden kann. Jeder, der in irgendeiner Art von Pflanzentechnik arbeitet, verfolgt diese Technologien energisch, insbesondere bei Pflanzen mit komplexen Genomen oder die sich nicht einfach züchten lassen, sagt er. Es gibt viele Pflanzen, die Lösungen brauchen. Er sagt, dass die Genbearbeitung es ermöglichen wird, Zitrusbäume auf eine Weise zu verändern, die mit konventioneller Züchtung 150 Jahre dauern würde.

Folta sagt, Gegner von GVO seien nicht in das Planungstreffen einbezogen worden. Leute einzuladen, die die Dinge unwissenschaftlich sehen, würde die Diskussion verstopfen, sagt er. Es gibt keine Technologie, mit der sie zufrieden sind.

verbergen