Zdjęcie: David Małosz
W pewien chłodny kwietniowy poranek doktor Zachary Lippman i ja staliśmy, wygrzewając się w sztucznym upale i wilgoci panującej w szklarni w Cold Spring Harbor Laboratory – słynnym ośrodku badawczym na Long Island, który był pionierem w odkryciu DNA – i wpatrywaliśmy się w przyszłość rolnictwa. Była to roślina pomidora, ale niepodobna do żadnej innej, jaka kiedykolwiek istniała. Tam, gdzie większość jest długa i długonoga, ten był niski i krzaczasty. Tam, gdzie większość z nich rozciąga owoce na pojedynczych łodygach, ta szczyciła się gęstymi kępami jaskrawoczerwonych pomidorków koktajlowych, przypominających winogrona na winorośli. Lippman, genetyk roślin ze strzyżonym włosem, brodą i zaraźliwym entuzjazmem do wszystkiego, co ma liście, stworzył roślinę przy użyciu CRISPR, nowej techniki edycji genów, która rewolucjonizuje hodowlę roślin. Uważa także, że ta technologia przoduje w fali, która – jeśli konsumenci ją zaakceptują – może sprawić, że uprawy będą mocniejsze, wydajniejsze i bardziej zrównoważone, a także sprawią, że żywność będzie bardziej pożywna i smaczna.
„Spójrz na tę gromadę!” – powiedział Lippman, klękając, żeby wziąć garść owoców. „To skrajny przykład, w którym zaczęliśmy od bardzo wysokiego pomidora koktajlowego i wprowadziliśmy trzy modyfikacje genów”. Modyfikacja pierwszych dwóch fragmentów DNA sprawiła, że roślina była krótka i płodna, a trzeci radykalnie skrócił długość łodygi między owocami, przekształcając roślinę w krótkie dynamo produkujące pomidory, idealne dla miejskich gospodarstw pionowych, w których rośliny uprawiane są w zamknięta, wewnętrzna przestrzeń. Rolnictwo wertykalne ma kilka korzyści dla środowiska: może zmniejszyć kilometry, które pokonuje żywność (i ślad węglowy) oraz chronić uprawy przed dziwną pogodą, taką jak ekstremalne burze lub susze (patrząc na ciebie, zmiany klimatyczne). Wymaga również znacznie mniej ziemi i zasobów niż tradycyjne gospodarstwo.
Przełomy takie jak ten pomidor to obietnica CRISPR, który przekształca nauki biologiczne – od medycyny po rolnictwo – od czasu pojawienia się na scenie w 2012 roku. CRISPR to mikroskopijne narzędzie molekularne, które można zaprogramować tak, aby wprowadzało precyzyjne zmiany w DNA dowolnego żyjąca rzecz. Jest niezwykle dokładny i łatwy w użyciu. (Zobacz „CRISPR: objaśnienie” poniżej.) Większość wcześniejszych genetycznie zmodyfikowanych upraw (GMO) wymagała przenoszenia całych genów między gatunkami i była tak niedokładna, że typowe projekty zajmowały lata, ale CRISPR i inne technologie edycji genów mogą zmieniać poszczególne litery DNA w istniejącym organizmie, naśladujące rodzaj przypadkowych mutacji, na których w przeszłości polegali hodowcy.
To, co naprawdę zaskoczyło Lippmana, to szybkość jego działania. Podczas gdy tradycyjni hodowcy mogą potrzebować dziesięcioleci na wyhodowanie nowej odmiany, cierpliwie krzyżując i krzyżując wstecznie różne odmiany w nadziei, że odpowiednie cechy się połączą, on był w stanie pobrać komórkę ze starego pomidora koktajlowego, zmienić pożądane cechy za pomocą CRISPR i wyhodować nowe rośliny w ciągu kilku miesięcy. (Patrz „4 sposoby wytwarzania nowych odmian roślin uprawnych” poniżej.)
I choć jeden karłowaty pomidor wiśniowy nie zmieni świata, wielu ekspertów uważa, że możliwa obecnie skrupulatna edycja genów wywoła nową zieloną rewolucję w rolnictwie – i to nieprędko. Już teraz rolnicy na całym świecie tracą aż do 25% zbiorów z powodu suszy i stresu cieplnego. W miarę nasilania się zmian klimatycznych liczba nieurodzajów będzie rosnąć. Jednak badacze tacy jak Lippman zaczynają projektować rośliny uprawne, które będą tolerować wyższe temperatury i produkować więcej żywności, zużywając mniej wody i mniej środków chemicznych. A to może sprawić różnicę między światem bezpiecznym pod względem żywności a światem znacznie bardziej przerażającym. W rzeczywistości, ostatnie badanie opublikowane w czasopiśmie Badania transgeniczne wykazało, że większość ze 114 ankietowanych ekspertów (mieszanka naukowców, specjalistów w dziedzinie biotechnologii i urzędników rządowych) uważa, że edycja genów może potencjalnie poprawić plony, jakość, odporność na zmianę klimatu i globalne bezpieczeństwo żywnościowe, a 68% zgadza się, że może to pomóc zmniejszyć ślad środowiskowy rolnictwa.
Badania transgeniczne
Większość ze 114 ankietowanych ekspertów uważa, że edycja genów może poprawić plony, jakość, odporność na zmianę klimatu i globalne bezpieczeństwo żywnościowe, a 68% zgadza się, że może pomóc w zmniejszeniu śladu rolnictwa na środowisku.
— Badania transgeniczneKiedy przykucnąłem, żeby przyjrzeć się błyszczącym kiściom szkarłatnych owoców, poczułem w głowie pierwsze przebłyski zmiany paradygmatu. Zawsze byłem sceptyczny wobec GMO. Ale im więcej rozmawiałem z Lippmanem i innymi specjalistami od roślin i dowiadywałem się o technikach takich jak CRISPR, tym bardziej zacząłem się zastanawiać, czy stare GMO nie były po prostu niezręcznym młodzieńczym etapem technologii i czy najnowsza generacja roślin rzeczywiście może sprawić, że nasze dostawy żywności bardziej zrównoważone, bezpieczne i smaczne.
Zachary Lippman w ogromnej szklarni swojego laboratorium zajmuje się edytowaniem genów pomidorów. Obecnie uprawia kilkanaście odmian, a także wiśnie, a pracuje nad wieloma innymi rodzajami produktów.
Korzenie modyfikacji genetycznych
Większość ludzi nie zdaje sobie sprawy, że przyjęcie inżynierii genetycznej przez giganta rolniczego Monsanto w latach 70. i 80. miało pomóc uwolnić rolników od uzależnienia od chemikaliów. Alarmujące zagrożenia związane ze stosowaniem DDT i innych pestycydów stały się jasne, a naukowcy z Monsanto zaczęli eksperymentować ze sposobami wykorzystania genetyki w celu włączenia naturalnych form zwalczania szkodników do upraw. Ich pierwszym sukcesem była kukurydza i bawełna Bt, które zawierały gen naturalnie występującej bakterii glebowej ( Bacillus thuringiensis ), co spowodowało, że plony były toksyczne dla niektórych robaków, które je atakują, ale nie miało to wpływu na inne robaki ani ssaki. Uprawy Bt zmniejszyły ilość pestycydów, których rolnicy musieli używać w uprawach nawet o 99%.
Gdyby Monsanto podążało tą drogą, historia GMO mogłaby potoczyć się zupełnie inaczej. Zamiast tego firma skupiła się na uodpornieniu upraw na Roundup, swój hitowy herbicyd, poprzez wstawienie genu innej bakterii. Kukurydza polna Roundup Ready (uprawiana na paszę dla zwierząt gospodarskich, etanol i żywność przetworzoną w przeciwieństwie do kukurydzy cukrowej) i soja zostały wypuszczone na rynek w latach 90. XX wieku. Rolnicy je pokochali. Zamiast pracochłonnego i nieprecyzyjnego zwalczania chwastów, mogliby po prostu spryskać swoje uprawy glifosatem (aktywną substancją chemiczną Roundupu) i zabić je wszystkie. Obecnie większość kukurydzy i soi uprawianej w Ameryce Północnej jest gotowa na Roundup, a globalne użycie glifosatu gwałtownie wzrosło.
Wielu konsumentów martwi się wpływem pozostałości herbicydów na ich zdrowie i środowisko, ale istnieje jeszcze jedna, bardziej fundamentalna obawa. Pobranie genu z organizmu takiego jak bakteria i przeniesienie go do zupełnie innego organizmu, na przykład kukurydzy, wydaje się po prostu przerażające. Czy mieszanie genów w sposób, na który natura nigdy by nie pozwoliła, może mieć niezamierzone konsekwencje? Pomimo zapewnień naukowców, że GMO są bezpieczne do spożycia, wielu konsumentów nie chce ich spożywać. Nie przeszkodziło to jednak w przejęciu przez GMO kukurydzy, soi i rzepaku, gdzie są one dość niewidoczne i spożywane codziennie. Owoce i warzywa pozostały jednak w dużej mierze nietknięte. Opracowanie GMO i poprowadzenie go przez strome przeszkody regulacyjne nałożone przez USDA na uprawy transgeniczne może kosztować setki milionów dolarów. A biorąc pod uwagę prawdopodobną reakcję opinii publicznej, niewiele firm jest skłonnych zaryzykować.
przepis kfc na chrupiącego smażonego kurczaka
Ale kiedy Lippman przeczytał pierwsze artykuły na temat CRISPR, wiedział, że hodowla roślin zmieniła się na zawsze. „Złapałem karteczkę, napisałem „promotor CRISPR” i przykleiłem ją do biurka. Zawsze chciałem spróbować pewnych rzeczy, ale spychałem je na dalszy plan, bo nie było narzędzi, żeby to zrobić. Gdy tylko badania się rozpoczęły, pomysły te – podobnie jak promotor CRISPR – wysunęły się na pierwszy plan. To niesamowicie ekscytujący czas” – powiedział, gdy badaliśmy dziesiątki pomidorów poddanych edycji genowej w szklarni w Cold Spring Harbor.
Wyjaśnił, że każdy gen u roślin i zwierząt ma fragment DNA zwany promotorem, który kontroluje energię tego genu. Jeśli genem jest samochód, promotorem jest pedał gazu. Używając CRISPR do majstrowania przy promotorach, Lippman mógł sprawić, że dowolny gen będzie działał szybko, wolno lub wcale. Byłoby to znacznie łatwiejsze i, co ważne, w roślinie nie byłoby obcych genów, ponieważ zmieniałby własne DNA pomidora. Wszystkie te zmiany mogły nastąpić naturalnie, jeśli hodowca będzie miał dużo szczęścia. Lippman miał nadzieję, że dzięki temu uprawy modyfikowane genetycznie będą mniej niepokojące dla konsumentów i federalnych organów regulacyjnych.
W zeszłym roku USDA potwierdziła, że nie będzie traktowała tych upraw inaczej niż uprawy tradycyjne, stwierdzając, że „USDA nie reguluje ani nie planuje regulować roślin, które w przeciwnym razie mogłyby zostać wyhodowane przy użyciu tradycyjnych technik hodowli”, ponieważ agencja uważa, że te nowo powstałe rośliny „nie do odróżnienia od roślin uzyskanych tradycyjnymi metodami hodowli”. To ogromnie skraca czas i pieniądze potrzebne do wprowadzenia na rynek żywności zmodyfikowanej genetycznie, czyniąc ją opłacalną dla mniejszych upraw specjalistycznych i niezależnych firm – co oznacza, że zobaczymy ich mnóstwo. Już w przygotowaniu: odporne na choroby kakao i banany, ziarna kawy bez kofeiny, truskawki i pomidory o wzmocnionym smaku, niebrązowiące grzyby i jabłka i wiele innych. (Zobacz „Zakupy spożywcze wkrótce się zmienią” poniżej.)
Niektóre z najbardziej obiecujących upraw poddanych edycji genów pochodzą z Calyxt, firmy z Minnesoty, która stosuje technikę podobną do CRISPR, zwaną TALEN. W lutym firma rozpoczęła sprzedaż pierwszej żywności modyfikowanej genetycznie – oleju sojowego o nazwie Calyno, który jest wytwarzany z soi, ale ma profil tłuszczu podobny do oliwy z oliwek. Inne uprawy opracowywane w Calyxt obejmują pszenicę o wyższej zawartości błonnika, lucernę, którą zwierzęta gospodarskie mogą łatwiej strawić (co powoduje niższą emisję metanu), olej rzepakowy o jeszcze zdrowszym składzie tłuszczu i ziemniaki, które lepiej znoszą przechowywanie w chłodniach.
Ale czy ludzie je zjedzą? Wielu konsumentów i grup interesu pozostaje głęboko podejrzliwych wobec edycji genów. W ankiecie Pew Research Center z 2018 r. 59% respondentów stwierdziło, że wierzy, że żywność GMO będzie prowadzić do problemów zdrowotnych, a 56% uznało ją za szkodliwą dla środowiska. (Chociaż 76% stwierdziło, że mogłoby zwiększyć globalne zaopatrzenie w żywność). W walce przeciwko CRISPR po stronie organizacji non-profit przewodzi organizacja Friends of the Earth, która w 2018 r. opublikowała raport zatytułowany Organizmy poddane edycji genów w rolnictwie: ryzyko i nieoczekiwane konsekwencje . Jak wyjaśniła współautorka raportu, Dana Perls: „Nowe techniki inżynierii genetycznej, takie jak edycja genów, są ryzykowne… [a te] nowe GMO muszą zostać odpowiednio ocenione pod kątem wpływu na zdrowie i środowisko, zanim zostaną wprowadzone na rynek i do naszego systemu żywnościowego”. Wśród obaw zawartych w szczegółowym raporcie jest to, że CRISPR może powodować niezamierzone zmiany lub błędy genetyczne lub zmieniać ważne geny w sposób mający wpływ na bezpieczeństwo zdrowia ludzkiego i środowisko.
Czy jednak rzeczywiście są one bardziej ryzykowne niż rośliny uprawiane tradycyjnie? Niekoniecznie. Jak wskazał mi Lippman, rodzaj zmian wprowadzanych przez CRISPR jest dokładnie tym samym, co zachodzi w naszych uprawach od tysięcy lat, co skutkuje większymi owocami lub nasionami, lepszymi plonami i bardziej przewidywalnym wzrostem. Mutacje zachodzą za każdym razem, gdy organizm się rozmnaża: z miliardów liter DNA w jego genomie tysiące zostają błędnie skopiowane, co czasami daje niesamowite rezultaty. To właśnie napędza ewolucję. Zatem martwienie się o pojedynczy zmieniony gen, stwierdził Lippman, nie ma sensu. „To jedna mutacja z morza mutacji, które już istnieją. Każda roślina, którą jesz, zawiera tysiące nowych mutacji – wzruszył ramionami. 'Jak się czujesz?'
Doktor Megan J. Palmer
„Mamy tendencję do niedoceniania ryzyka związanego ze znanymi technologiami i przeceniania ryzyka związanego z nowymi”.
— dr Megan J. PalmerZgadza się z tym dr Megan J. Palmer, starsza badaczka w Centrum Bezpieczeństwa Międzynarodowego i Współpracy Uniwersytetu Stanforda, ekspertka w dziedzinie oceny zagrożeń stwarzanych przez nowe technologie. „Ryzyko jest względne” – powiedziała mi. „Mamy tendencję do niedoceniania zagrożeń związanych ze znanymi technologiami i przeceniania zagrożeń związanych z nowymi. Tradycyjna hodowla może wprowadzić więcej przypadkowych mutacji niż edycja genów. Palmer stwierdził, że musimy także wziąć pod uwagę zmieniający się kontekst, w którym oceniamy nowe techniki: „Wiemy, że w przyszłości będziemy musieli stawić czoła wszelkiego rodzaju zagrożeniom, takim jak te towarzyszące zmianom klimatycznym. Jeśli te technologie mogą pomóc w zarządzaniu nimi, jest to ważna kwestia”.
Poza pomidorami i grzybami
Niezależnie od tego, ilu ekspertów potwierdzi bezpieczeństwo żywności modyfikowanej genetycznie, dla konsumentów pojawia się czynnik pełzania. Dlatego najbardziej obiecującym sztucznym organizmem w rolnictwie może być taki, którego ludzie w ogóle nie muszą jeść. To drobnoustrój o nazwie Proven, którym rolnik z Północnej Dakoty, Chad Rubbelke, zaprawiał swoje nasiona pszenicy przed zasiewem tej wiosny.
Rubbelke uprawia pszenicę durum, soję, słoneczniki, rzepak i len na powierzchni 3000 akrów, która jest własnością jego rodziny od pokoleń. Należy jednak do nowej fali młodych, świadomych ekologicznie i znających się na technologii rolników, którzy wstrząsają sytuacją na Środkowym Zachodzie, i uważa, że Proven może znacznie zmniejszyć zużycie nawozów azotowych, co jest jednym z największych problemów środowiskowych rolnictwa.
Azot jest niezbędny do wzrostu roślin, a nasze szybko rosnące rośliny wymagają jego intensywnej podaży. Ale tylko około połowa ze 120 milionów ton nawozów stosowanych każdego roku faktycznie trafia do upraw. „Wprowadzanie azotu do gleby to prawdopodobnie największy ból głowy, jaki odczuwa rolnik” – stwierdził Rubbelke. „To jest drogie. A uruchomienie tego na właściwym etapie jest prawie niemożliwe”. Jeśli warunki są zbyt mokre, spływa do rzek, gdzie tworzy martwe strefy, które dławią życie w morzach, do których wpadają. Jeśli warunki są zbyt suche, wyparowuje do powietrza i staje się głównym gazem cieplarnianym. Według szacunków EPA nawozy powodują 74% wszystkich emisji podtlenku azotu w USA – szczególnie szkodliwej formy gazu cieplarnianego (jest 300 razy silniejszy niż dwutlenek węgla). Jednak rezygnacja z tego nawozu nie wchodzi obecnie w grę; bez niej wyprodukowalibyśmy tylko o połowę mniej żywności, a 3 miliardy ludzi na całym świecie mogłoby głodować.
Sprawdzone, może to zmienić. W oświetlonym fluorescencyjnie pomieszczeniu do uprawy startupu Pivot Bio w Berkeley w Kalifornii zbadałem dziesiątki roślin kukurydzy i soi w pudełkach wypełnionych piaskiem. Żyjące w symbiozie na swoich korzeniach zostały udowodnione mikroorganizmy (które zostały zastosowane do nasion). Zostały zaprojektowane tak, aby w sposób ciągły pobierać azot z powietrza – czego większość roślin nie jest w stanie zrobić samodzielnie – i dostarczać go łyżką bezpośrednio do korzeni roślin. W świecie przyrody niektóre drobnoustroje robią to w skromnych ilościach, ale edycja genów przyspieszyła ten proces o kilka stopni. W miarę wzrostu roślin mikroorganizmy kolonizują i zapewniają stałą dietę w azot, nie tracąc go do wody ani powietrza. I choć Proven nie jest w stanie wytworzyć wystarczającej ilości azotu, aby całkowicie zastąpić nawozy, jego wpływ może być nadal ogromny.
To przykuło uwagę Chada Rubbelke. „Zostałem sprzedany! Coś, co nie jest chemiczne i może pomóc środowisku, mogłoby odegrać ważną rolę w naszym gospodarstwie” – powiedział. „Jeśli uda nam się użyć drobnoustroju, aby uzyskać nadmiar azotu wtedy, gdy go potrzebujemy, bez konieczności samodzielnego stosowania, mogłoby to zmniejszyć o 50% nasze zapotrzebowanie na nawozy”. To z kolei znacznie ograniczyłoby odpływ azotu i emisję gazów cieplarnianych. W środku lata zauważył już rezultaty w uprawach pszenicy. „Kiedy pobraliśmy próbki, każda wykazała zauważalną różnicę w porównaniu z pszenicą nietraktowaną” – stwierdził Rubbelke. „Pszenica Proven była zauważalnie wyższa i miała większą masę korzeniową. To było ekscytujące i mam nadzieję, że te wyniki ostatecznie przełożą się na większe plony”.
Badania przeprowadzone przez Pivot Bio sugerują, że gdyby jedna trzecia amerykańskich rolników uprawiających kukurydzę przyjęła Proven, byłby to ekwiwalent emisji gazów cieplarnianych odpowiadający wyeliminowaniu z dróg prawie 1,5 miliona samochodów i mógłby zapobiec przedostawaniu się 500 000 ton azotanów do dróg wodnych. Kiedy usiadłem z dyrektorem generalnym Pivot Bio, doktorem Karstenem Temme, przy stole konferencyjnym w pobliżu pomieszczeń do uprawy, powiedział mi, jak dotąd, bardzo dobrze: „W 2018 roku przetestowaliśmy Proven z kilkudziesięciu rolnikami. Powiedzieliśmy: „Wypróbuj nasz produkt i zobacz, co myślisz”. Każdy z nich zarejestrował się już w tym roku jako klient komercyjny. Byliśmy pod wrażeniem”. Firma była w stanie wyprodukować tylko tyle upraw, aby zaopatrzyć kilkuset plantatorów w 2019 r., ale dzięki wsparciu inwestorów takich jak Breakthrough Energy Ventures Billa Gatesa Temme spodziewa się, że w 2020 r. osiągnie liczbę tysięcy.
Pivot Bio ma wielu konkurentów w dziedzinie inżynierii biologicznej — drobnoustrojów i enzymów, które na różne sposoby wzmacniają rośliny. Podczas gdy kilka z nich próbuje rozwiązać problem nawozów, inne mają na celu pomóc roślinom tolerować stres wywołany upałem lub suszą. „Mikroby są jak przedłużenie układu odpornościowego rośliny” – wyjaśnił Temme. „Mogą pomóc mu wytrzymać zmiany klimatyczne i sprawić, że cały system rolny będzie bardziej odporny i zrównoważony”. Inne leki biologiczne są przeznaczone do zwalczania chwastów. A kiedy to się stanie, powiedział Rubbelke, będzie pierwszy w kolejce: „Nie lubimy używać herbicydów tak bardzo, jak wy nie lubicie o nich słyszeć!”
W kierunku bardziej zróżnicowanego systemu żywnościowego
Choć Lippman jest podekscytowany nowymi pomidorami, które robi, najbardziej w CRISPR ekscytują go wcale nie pomidory. „Chodź, spójrz na to” – powiedział, prowadząc mnie do innej części szklarni, gdzie jedną ze ścian dominował postrzępiony żywopłot. „Patrzysz na dzikiego przodka pomidorów. W swoim rodzimym środowisku Ameryki Środkowej i Południowej pomidor nie jest rośliną jednoroczną. To wysoka, krzaczasta, zdrewniała bylina. Podniósł liść, odsłaniając maleńką zieloną nubbinkę. „Widzisz ten mały owoc tutaj? Nie będzie większy niż mała kulka.
Przez tysiące lat hodowcy byli w stanie zwiększyć rozmiar pomidorów, stale wybierając rośliny z mutacjami, które dawały większe owoce, ale aż do lat dwudziestych XX wieku większość pomidorów rosła rozłożyście. Następnie rolnik z Florydy odkrył roślinę z dziwaczną mutacją, która uczyniła ją zwartą i gęsto owocującą, co dało początek nowoczesnemu przemysłowi pomidorowemu. Nagle można je było uprawiać jako rośliny rzędowe i łatwo je zbierać. Większość odmian komercyjnych pochodzi od tej oryginalnej rośliny.
Zachary Lippman, dr hab.
„Spośród setek tysięcy gatunków roślin dziesiątki tysięcy są jadalne” – stwierdził. – Prawdopodobnie zjadamy kilkaset.
— dr Zachary LippmanI tak właśnie jest w przypadku większości naszych upraw spożywczych, powiedział mi Lippman. Każdy z nich polegał na rzadkich mutacjach, które zmieniały je w coś, co można było hodować. „Spośród setek tysięcy gatunków roślin dziesiątki tysięcy są jadalne” – stwierdził. – Prawdopodobnie zjadamy kilkaset. Innymi słowy, na każdego udomowionego pomidora lub karczocha przypadało kolejnych 500 jadalnych dzikich owoców i warzyw. A na każdy przydatny gen, który wprowadziliśmy do rolnictwa, kolejnych 500 pozostaje na uboczu. Kto wie, jakie świeże sposoby radzenia sobie z suszą, upałami, chorobami, szkodnikami, odżywianiem, smakiem i innymi przyszłymi wyzwaniami można znaleźć w całej tej nagromadzonej naturalnej mądrości?
„Odkrywamy rezerwuary różnorodności genetycznej w przyrodzie!” wykrzyknął Lippman, prowadząc mnie przez szklarnię, żebym spojrzał na dwa rozłożyste krzewy. „Myślę, że istnieje prawdziwy potencjał, aby uczynić tę uprawę główną uprawą jagód”. Pod liśćmi jednej z roślin zwisały papierowe latarnie, a każda niosła pojedynczy, mały owoc. Były to wiśnie ziemne, smaczne dzikie rośliny, które w naturalny sposób wytwarzają tylko jeden owoc na gałązkę. „Uwielbiam smak tych rzeczy” – powiedział Lippman. „Ale to najgorsi producenci, jakich można sobie wyobrazić, a owoce trzeba czekać wiecznie. To koszmar. Ale możemy sprawić, że będą bardziej zwarte, kwitną szybciej i będą miały bardziej skoncentrowane owoce.
Jasne, to tylko wiśnia (no dobra, może pyszna wiśnia), ale jeśli CRISPR zdoła wprowadzić je do supermarketu w przyzwoitej cenie, kto wie, co jeszcze może dodać do naszego repertuaru?
Lippman zerwał wiśnię, odsunął latarnię i podał mi ją. 'Powąchaj. Są tacy dobrzy. Wszystkie te zapachy ananasa i wanilii. Stojąc w tym oszklonym ogrodzie, przykładałam owoc do nosa i zastanawiałam się, czy go ugryźć. Pachniało dziwnie, ale kusząco, nowe, a jednocześnie głęboko znajome, jak coś z naszej pierwotnej przeszłości. Byłem zaangażowany.
CRISPR: Wyjaśnione
Ilustracja autorstwa Jing Zhanga.
CRISPR to chwytliwy akronim zdecydowanie niechwytliwego terminu: Krótkie powtórzenia palindromiczne skupione, regularnie przeplatane. W 2012 roku zespół naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, kierowany przez dr Jennifer Doudnę, profesor chemii oraz biologii molekularnej i komórkowej, odkrył, jak wykorzystać CRISPR do wprowadzenia ukierunkowanych zmian w genach praktycznie każdego organizmu. Edycja genów działa również na zwierzętach. Naukowcy mają wielkie plany dotyczące bezrożnych krów (które nie musiałyby poddawać się bolesnemu i pracochłonnemu wycinaniu rogów), kurcząt odpornych na ptasią grypę i świń, które nie zachorują na zespół rozrodczo-oddechowy świń (który kosztuje amerykańskich rolników miliardy dolarów) dolarów rocznie). W przeciwieństwie do roślin, FDA reguluje edycję genów u zwierząt – obecnie stosuje te same zasady, co w przypadku GMO – co sprawia, że wprowadzanie większości z nich na rynek jest zbyt kosztowne i czasochłonne. Oto bardziej szczegółowe spojrzenie na działanie tej technologii edycji genów.
1. Naukowcy identyfikują gen cechy, którą chcą edytować.
2. Następnie projektują nić przewodniego RNA (cząsteczki, która potrafi zlokalizować i odczytać informację genetyczną zawartą w DNA), aby dokładnie odpowiadała sekwencji DNA w tym genie. Do RNA przyłączany jest enzym – zazwyczaj Cas9 – który działa jak rodzaj molekularnych nożyczek.
3. Konstrukt CRISPR dodaje się do probówki lub szalki Petriego wraz z komórką, która ma być edytowana.
4. Wiodący RNA przeszukuje genom komórki, aż znajdzie pasującą sekwencję DNA – coś w rodzaju wybierania podejrzanego z (bardzo dużego) składu policji – a następnie zostaje nawiązany.
5. Następnie „nożyczki” Cas9 przecinają DNA dokładnie w tym miejscu. Jeśli naukowcy chcą po prostu wyłączyć gen, to wystarczy. Mogą jednak również dokonać edycji, dodając nowy fragment DNA z sekwencją nowej cechy, którą chcą.
6. Komórki posiadają naturalne enzymy naprawcze, które z powrotem łączą uszkodzone nici DNA. Jeśli dodano nowy fragment DNA, zostanie on wszyty w szczelinę, zmieniając gen.
7. W miarę rozmnażania się komórek, wszystkie będą miały nowe DNA i będą wyrażać pożądaną cechę.
4 sposoby tworzenia nowych odmian roślin uprawnych
Czym różni się edycja genów od GMO i innych metod hodowli roślin
HODOWLA TRADYCYJNA
Pierwszy zatrudniony: Odkąd człowiek zaczął uprawiać rośliny (około 23 000 lat temu).
Jak to działa: Hodowcy zapylają krzyżowo dwie odmiany tego samego gatunku. Powstałe nasiona zawierają mieszankę genów od obojga rodziców, wraz z normalnymi losowymi mutacjami. Hodowcy je uprawiają i wybierają rośliny o najbardziej pożądanych cechach. Metoda ta obejmuje również hybrydy, których początki sięgają lat dwudziestych XX wieku: krzyżuje się dwie zupełnie różne rośliny, aby uzyskać potomstwo posiadające cechy obojga rodziców, takie jak krzyżowanie cytryny z mandarynką w celu uzyskania cytryny Meyera. (Z drugiej strony pamiątki rozmnażają się poprzez otwarte zapylanie — pozwalając roślinom wysiać nasiona, a następnie zachować te nasiona i ponownie je przesadzić. Czasami zdarzają się naturalne mutacje i rolnicy wybierają cechy, które im się podobają, i hodują nowe odmiany.)
Liczba dotkniętych genów: Kilka genów do całych genomów.
Przepisy federalne: Nic.
Użyty na: Prawie wszystko, co jemy.
co jest w bułce alaskańskiej
MUTAGENEZA
Pierwszy zatrudniony: Lata 50
Jak to działa: Nasiona poddaje się działaniu promieniowania i/lub środków chemicznych w celu wytworzenia mutacji w genach, a następnie kiełkuje. Hodowcy wybierają najciekawsze (które są nieprzewidywalne) wyniki i krzyżują je z istniejącymi odmianami.
Liczba dotkniętych genów: Setki do tysięcy.
Przepisy federalne: Nic.
Użyty na: Wiele popularnych produktów spożywczych, takich jak czerwony grejpfrut, ryż, kakao, jęczmień, pszenica, gruszki, groszek, orzeszki ziemne i mięta pieprzowa.
MODYFIKACJA GENETYCZNA (aka GMO lub transgeniczna)
Pierwszy zatrudniony: Lata 80
Jak to działa: Inżynierowie genetyczni izolują cały gen z jednego gatunku i wstawiają go do zupełnie innego gatunku.
Liczba dotkniętych genów: Jeden do ośmiu.
Przepisy federalne: Wysoki
Użyty na: Uprawy takie jak kukurydza polna, soja, rzepak, bakłażan i papaja.
EDYTOWANIE GENÓW
Pierwszy zatrudniony: Lata 2010
Jak to działa: Inżynierowie genetyczni używają CRISPR lub innych narzędzi molekularnych do dokonywania określonych zmian w DNA poszczególnych komórek roślinnych.
Liczba dotkniętych genów: Jeden lub więcej.
Przepisy federalne: Nic
Użyty na: Jak dotąd około 25 produktów spożywczych, w tym ryż, kukurydza, pszenica, cytrusy, ziemniaki i kawa.
Zakupy spożywcze wkrótce się zmienią
Oto niektóre produkty modyfikowane genetycznie, które będzie można zobaczyć w ciągu najbliższych kilku lat:
Banany odporne na choroby
Dlaczego: Aby chronić Cavendish, główną odmianę bananów dostępnych na rynku, przed zniszczeniem przez choroby, w tym tę wywoływaną przez grzyba o nazwie Fusarium.
Soja odporna na suszę
Dlaczego: Utrzymanie globalnej produkcji żywności w cieplejsze i bardziej suche lata.
Kompaktowe, wydajne pomidory
Dlaczego: Aby przyspieszyć rolnictwo pionowe i zmniejszyć zapotrzebowanie na ziemię w tradycyjnych gospodarstwach, zwiększyć plony, zmniejszyć kilometry żywnościowe i poprawić tolerancję na suszę.
czy można jeść surową cukinię?
Większe i wytrzymalsze słodkie ziemniaki
Dlaczego: Poprawa bezpieczeństwa żywnościowego w Afryce. Słodkie ziemniaki będą miały również zwiększony poziom beta-karotenu, który pomaga w leczeniu niedoboru witaminy A.
Ryż o wysokiej wydajności
Dlaczego: Poprawa bezpieczeństwa żywnościowego w Azji.
Kakao odporne na choroby
Dlaczego: Wybicie genu uodporniającego roślinę na patogen, który obecnie niszczy 20-30% strąków kakao rocznie.
Kliknij, aby zobaczyć więcej historii na temat przyszłości żywności
ROWAN JACOBSEN jest autorem kilku książek, w tym American Terroir. Otrzymał nagrodę Jamesa Bearda za film fabularny „Or Not to Bee” w Tokyolunchstreet.
