Precíziós nemesítés – az elcsendesített génektől hangos a tudományos világ

Bárdos B. Edit
Hírek, 2018-01-29 00:54:58

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.


Image Text

Fotó: MTA Szigeti Tamás


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?


Image Text

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.)

Elcsendesített gének

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.


Image Text

Fotó: MTA Szigeti Tamás


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.


Image Text

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.


Magyar Mezőgazdaság
Bárdos B. Edit

2017. november 8., szerda

A cikk letöltése pdf formátumban.

A Ma­gyar Tu­do­má­nyos Aka­dé­m­ia a Ma­gyar Tu­do­mány Ün­n­e­pe ren­dez­vény­s­o­ro­za­tá­n­ak ke­re­tén be­lül tisz­te­let­tel meg­hív­ja prof. Dr. Du­dits Dénes aka­dé­m­i­kus előa­dá­s­á­ra.


2017. no­vem­ber 6., 18:00 óra MTA Szék­ház, Dísz­te­rem

1051 Bu­da­pest, Szé­c­he­nyi Ist­ván tér 9.

Du­dits Dénes aka­dé­m­i­kus
A pre­cí­z­i­ós ne­me­sí­t­és mint bi­o­gaz­dál­ko­dá­si in­no­vá­c­ió


Dr. Györ­gyey Já­n­os
Az elő­r­e­lé­p­és le­he­tő­s­é­g­ei a gén­tech­no­ló­g­i­á­r­ól va­ló tár­s­a­dal­mi vi­tá­b­an


Image Text

Legfrissebb
  • Batáta, az anyatermészet génmódosítása

    A há­z­i­a­sí­tott éd­es­bur­go­nya és an­nak kö­z­e­li vad ro­ko­nai kö­z­ött fon­tos kü­l­önb­sé­g­et fe­de­zett fel egy ku­ta­tás. A ba­tá­ta ge­nom­já­b­an ugya­n­is ket­tő, Ag­ro­bak­té­r­i­um ál­tal be­vitt gént ta­lál­tak. Ezek a gé­n­ek pe­dig nem csak je­len van­nak a ge­nom­ban, ha­nem ki is fe­je­ződ­nek, ami ar­ra en­ged kö­v­et­kez­tet­ni, hogy olyan hasz­nos tu­laj­don­ság ki­a­la­kí­t­á­s­á­b­an van sze­re­pük, ami a há­z­i­a­sí­t­ás so­rán sze­lek­ci­ós előnyt je­len­tett a ba­tá­t­á­n­ak.

  • Mérgező élelmiszer a polcokon

    A GM nö­v­é­nyek­kel el­len­tét­ben a nö­v­ény­vé­d­ő­s­z­er­rel szen­nye­zett ter­mé­nyek­ről ke­vés hír szól. Ér­d­e­mes át­bön­g­ész­ni a táb­lá­z­a­tot. Köz­ben fel­me­rül a kér­d­és, hogy vegy­s­zer­men­tes GM nö­v­ény­től vagy a mér­ge­ző re­tek­től kell-e job­ban fél­ni.

  • Mit mondanak azok a kutatások, amiket nem a multik pénzelnek?

    Az el­múlt 60 év so­rán 698 ku­ta­tás fog­lal­ko­zott GM-nö­v­é­nyek­kel. A köz­le­mé­nyek több, mint fe­le tel­je­sen füg­g­et­len ku­ta­tók­tól szár­ma­zik, va­gy­is nem "lob­bi­zik" az egyik vagy a má­s­ik ol­dal mel­lett - nem ér­d­e­k­elt a kí­sér­l­e­tek ki­me­ne­te­lé­b­en. Ezek a füg­g­et­len ku­ta­tók pe­dig rend­re biz­ton­sá­g­os­nak ta­lál­ták a gén­tech­no­ló­g­i­á­v­al ne­me­sí­tett nö­v­é­nye­ket.

Korábbi hírleveleink:
Hírlevél feliratkozás

Iratkozzon fel kéthavonta megjelenő hírlevelünkre email címével!

Keresés