En potatis gjord med genredigering

Dan Voytas är växtgenetiker vid University of Minnesota. Men två dagar i veckan slutar han studera grunderna för DNA-teknik och beger sig till ett närliggande företag som heter Cellectis Plant Sciences, där han tillämpar dem.

Potatisplantor som växer på Cellectis, ett genteknikföretag.

Hans senaste skapelse, som beskrivs i en växtjournal den här månaden, är en Ranger Russet-potatis som inte samlar på sött socker vid typiska kylförvaringstemperaturer. Det kommer att hålla längre, och när det är stekt producerar det inte så mycket akrylamid, ett misstänkt cancerframkallande ämne.

Vad som är annorlunda med potatisen är att den odlades fram med hjälp av genredigering, en ny typ av teknik för att förändra DNA som växtforskare säger kommer att bli revolutionerande för sin enkelhet och kraft. Tekniken kan också vara ett sätt att konstruera växter som undviker stigmatiseringen, och de regleringar, som normalt förknippas med genetiskt modifierade organismer (GMO).

När det gäller Ranger Russet lämnade Voytas genredigeringsteknik, känd som TALENs, inga spår efter sig förutom några raderade DNA-bokstäver. Redigeringen inaktiverade en enda gen som förvandlar sackaros till glukos och fruktos. Utan det, tycker Voytas, kan potatisen lagras mycket längre utan kvalitetsförlust.

Potatisen är en prototyp av vad växtforskare säger är en snabbt ankommande ny generation av genetiskt modifierade växter. Med genredigering tror små företag att de mycket snabbt kan utveckla nya grödor för en bråkdel av den typiska kostnaden – även i arter som hittills mestadels är orörda av bioteknik, som avokado, sorghum och dekorativa blommor.

De flesta genetiskt modifierade grödor som hittills har odlats kommersiellt innehåller gener från bakterier för att få dem att producera insekticider eller motstå ogräsdödare. Offentlig opposition och regulatoriska krav gör dessa transgena växter dyra att utveckla. Det är därför nästan alla biotekniska växter är lukrativa, stora arealer som soja, majs och bomull och säljs av bara några få stora företag, som Monsanto och DuPont.

I augusti, US Department of Agriculture berättade för Cellectis att till skillnad från transgena växter skulle dess potatis inte regleras. Det betyder att istället för att odlas i inhägnade testplaner och generera mapp på mapp med säkerhetsdata, kan Ranger Russet snabbt komma ut på marknaden. För två år sedan kom byrån till en liknande slutsats när den övervägde en DNA-redigerad majsväxt utvecklad av Dow AgroSciences, även om den inte säljs ännu.

Dan Voytas

Forskare säger att produkter som potatisen bara är början för genredigeringstekniker i växter. Samma teknik kommer att möjliggöra mycket mer sofistikerad ingenjörskonst, inklusive manipulation av fotosyntes för att få växter att växa snabbare och ge mer mat. Det är en enorm möjlighet, en outgrundlig möjlighet, säger Martin Spalding, växtforskare vid Iowa State University.

För närvarande används teknikerna för att modifiera växter på mer blygsamma sätt. Den första vågen av denna teknik tar bara bort några baspar, säger Yinong Yang, professor i växtpatologi vid Penn State University, och syftar på kombinationerna av DNA-bokstäver - A, G, C och T - som utgör ett genom . Genom att slå ut precis rätt gen, som forskare gjorde med potatisen, är det möjligt att ge en planta några värdefulla egenskaper.

Nästa steg, säger Yang, kommer att vara att ändra DNA-bokstäverna för växtgener, och byta ut en växts version av en gen mot den från en annan som är känd för att erbjuda, säg, resistens mot sjukdomar. Yang säger att det finns en risresistent form av ris som skiljer sig från kommersiella arter med bara några få DNA-bokstäver. Jag skulle bara kunna ändra det till motstånd, säger han. Det är som genterapi hos människor. Han säger att han förhandlar fram ett kontrakt för att producera det genredigerade riset nu.

När det gäller Voytas är det inte första gången han ger sig ut för att genredigera växter. För ett decennium sedan startade han ett företag som heter Phytodyne baserat på en tidigare teknologi, kallad zinkfingernukleaser, men det vek sig efter att Dow AgroSciences betalade mer än 50 miljoner dollar för exklusiva rättigheter att använda den typen av genredigering i växter.

Voytas slog sig ihop med det franska bioteknikföretaget Cellectis 2010 efter att det erbjöd sig att installera honom som vetenskapschef för en ny division för anläggningsteknik. Men de initiala ansträngningarna stötte på svårigheter när ett annat genredigeringssystem, meganukleaser, visade sig vara utmanande att arbeta med och även blev bundet av patenttvister.

Så småningom återvände Voytas till labbet och uppfann ett nytt sätt att redigera gener, med hjälp av speciellt konstruerade proteiner som kallas TALENs. Den tekniken användes för att göra Cellectis potatis, samt en sojaböna med förbättrad olja. Sedan dess har Voytas och Cellectis också arbetat med en nyare teknik, kallad CRISPR (se Genomkirurgi ).

Voytas säger att det bara tog ungefär ett år att skapa potatisen. Om man gjorde det via avel skulle det ta fem till 10 år, säger han.

Sammantaget, säger Luc Mathis, VD för Cellectis Plant Sciences, kostade utvecklingen av potatisen en tiondel av vad den gör för att skapa och marknadsföra en transgen växt, som majs eller soja. Vi kommer fortfarande att behöva generera en del data, men det blir ingen jätteprocess, säger Mathis, som fortsätter att träffa tillsynsmyndigheter för att fastställa vilka steg som återstår innan potatisen kan säljas.

Cellectis kommer att gå vidare med preliminär plantering så snart varmt väder kommer till Minnesota. De första skördarna kommer att avgöra om potatisen har de kommersiella fördelarna som setts i växthustester. Vi måste kontrollera att vi kan förvara potatisen i kyla, säger Mathis. När vi väl har det kommersiella proof of concept kan vi diskutera med lantbrukare vad intressenivån är.

Kevin Folta, professor i trädgårdsvetenskap vid University of Florida, säger att ett 50-tal experter, inklusive forskare och jurister, träffades i Arizona tidigare i år för att diskutera genredigering och hur man kan organisera branschens inställning till tillsynsmyndigheter i USA och utomlands. Alla som arbetar med någon form av växtteknik arbetar med dessa tekniker, särskilt med grödor som har komplexa genom eller som du inte kan odla lätt, säger han. Det finns massor av växter som behöver lösningar. Han säger att genredigering gör att citrusträd kan modifieras på ett sätt som skulle ta 150 år med konventionell avel.

Folta säger att motståndare till GMO inte ingick i planeringsmötet. Att bjuda in människor som ser på saker ovetenskapligt skulle täppa till diskussionen, säger man. Det finns ingen teknik de är nöjda med.

Dölj