Kāpēc zinātnieki kartupeļos ievietoja aptaukošanās gēnu un kas no tā iznāca?
Katru gadu simtiem tūkstošu cilvēku visā pasaulē cieš no pārtikas trūkuma, un klimata pārmaiņu dēļ šī problēma nākotnē tikai saasināsies. Lai pabarotu arvien pieaugošo Zemes iedzīvotāju skaitu un vienlaikus samazinātu piesārņojumu, cilvēcei nepieciešamas izturīgākas un ražīgākas kultūraugu šķirnes. 2021. gadā starptautiska pētnieku komanda no ASV un Ķīnas uzsāka drosmīgu un neparastu eksperimentu. Zinātnieki pieļāva, ka pārtikas trūkuma problēmas risinājums varētu slēpties cilvēka ģenētikā, tāpēc augos ievietoja gēnu, kas cilvēkiem saistīts ar aptaukošanos. Rezultāts izrādījās pilnīgi negaidīts.
Aptaukošanās gēns
Ja kādreiz skeptiski esat skatījies uz cilvēkiem, kuri liekā svara problēmās vaino ģenētiku, zinātnei ir ko jums parādīt. Cilvēka DNS patiešām atrodas gēns FTO, kas tieši ietekmē vielmaiņu. Tā nosaukumu bieži saista ar vārdu “Fatso” (“resnulis”), lai gan sākotnēji šis apzīmējums attiecās uz paša gēna lielo izmēru, nevis tā ietekmi uz organismu.
Šī DNS posma ietekme uz ķermeni ir ļoti būtiska. Ja cilvēks pārmanto kaut vienu FTO gēna kopiju, aptaukošanās risks palielinās aptuveni par 30%, salīdzinot ar cilvēkiem, kuriem šāda gēna varianta nav. Divu kopiju esamība šo iespējamību palielina jau par aptuveni 70%.
Zinātniekiem ir zināmi aptuveni 800 gēni, kas kaut kādā veidā saistīti ar vielmaiņu, tomēr FTO starp tiem izceļas. Izrādījās, ka tas darbojas unikālā veidā. Šis gēns veido olbaltumvielu, kas iznīcina noteiktu mRNS molekulu, kura regulē šūnu augšanu. Tieši šī īpašība lika pētniekiem pārbaudīt, kā šis mehānisms darbosies pilnīgi svešā vidē.
Aptaukošanās gēna pārnešana augos
Augu augšana ir ārkārtīgi sarežģīts process, kurā iesaistīti tūkstošiem gēnu. Kultūraugi nepārtraukti pielāgojas apkārtējai videi, un dažkārt tiem nākas upurēt augšanas ātrumu, lai pasargātu sevi no kaitēkļiem vai uzkrātu resursus sausuma periodiem. Zinātniekiem nebija nekāda pamata uzskatīt, ka viens svešs zīdītāju gēns varētu uzlabot ražību.
Kā atzina pētījuma līdzautors, Čikāgas Universitātes ķīmijas profesors Čuans He (Chuan He), komanda sākotnēji gaidīja katastrofālas sekas augiem. Pirmais eksperimenta objekts bija parastie rīsi. Pētījuma rezultāti tika aprakstīti UChicago News vietnē.
Laboratorijas testi pārsteidza biologus, jo ģenētiski modificēto rīsu ražība palielinājās trīs reizes. Kad eksperimenti tika pārcelti uz reāliem lauka apstākļiem, rezultāti bija pieticīgāki, tomēr joprojām iespaidīgi, augu biomasa un graudu daudzums palielinājās par 50%.
Tikpat pārsteidzošu augšanas pieaugumu parādīja arī kartupeļi. Tā kā rīsi un kartupeļi evolūcijas ziņā nav cieši saistīti augi, kļuva skaidrs, ka atklātais mehānisms, iespējams, darbojas universāli dažādām sugām.
Ģenētiski modificēto augu neparasti straujā augšana
Turpmākie eksperimenti apstiprināja zinātnieku pieņēmumus. Cilvēka gēnu ievietoja zālē, kokaugos, kresēs un parastajos salātos, un katru reizi augi kļuva lielāki un spēcīgāki.
Turklāt tiem parādījās arī citas slēptas priekšrocības:
- ievērojami uzlabojās fotosintēze;
- izveidojās garāka un spēcīgāka sakņu sistēma;
- palielinājās dabiskā izturība pret sausumu.
Biologi uzskata, ka iemesls slēpjas evolūcijas izolācijā. Tā kā FTO gēns nekad iepriekš nav sastapts augu pasaulē, augiem vienkārši nav mehānismu, kas ierobežotu tā darbību. Pēc profesora He teiktā, olbaltumviela augu šūnās darbojas gandrīz kā “bumba”, noņemot dabiskos ierobežojumus augšanai un attīstībai.
Kā jaunais atklājums var palīdzēt cīņā pret badu
Ķīnas un ASV zinātnieku atklājums sniedzas daudz tālāk par pārtikas problēmas risināšanu. Globālās sasilšanas sekas pieprasa kompleksu pieeju, un modificēti kultūraugi var kļūt par nozīmīgu instrumentu, lai pielāgotos jaunajiem klimata apstākļiem.
Pētnieki plāno radīt pret sausumu izturīgas pļavu zāles, kas palīdzētu saglabāt apdraudētas ekosistēmas. Vēl viens perspektīvs virziens ir koku ar garāku sakņu sistēmu izveide, kas spētu izturēt spēcīgu vētru laikā radušos ekstremālus laikapstākļus.
Pašlaik zinātnieki mēģina noskaidrot, vai līdzīgu efektu iespējams panākt, neizmantojot cilvēka DNS ievietošanu augos. Iespējams, augiem pašiem piemīt vēl neatklātas spējas, kuras varētu aktivizēt tiešā veidā. Tomēr augu ģenētika ir ārkārtīgi sarežģīta, un panākumi ar FTO gēnu izrādījās neticama veiksme.
Paies vēl gadi, līdz šādi modificēti dārzeņi un graudaugi izies visas nepieciešamās pārbaudes. Tomēr jau tagad ir skaidrs, ka zinātne nejauši atklājusi instrumentu, kas nākotnē varētu būtiski mainīt pasaules lauksaimniecību.
Avots: Uchicago
