Tehnicile dezvoltate pentru modificarea genele plantelor, cunoscute sub denumirea de editarea genelor sau al genomului (Gene/Genome Editing - GEd), sunt mult mediatizate în contextul cercetării biomedicale, dar mai puțin potențate în mediul agricol, deși pot contribui considerabil la combaterea problematicilor legate de efectele schimbărilor climatice.  

Ce înseamnă editarea genelor?

Procesul de editare a genelor poate fi definit ca o nouă ramură a ingineriei genetice, ce permite schimbarea sau editarea de baze specifice în secvența ADN-ului unui organism, sau al plantelor în cazul de față, personalizând, astfel, secvența genetică ce determină funcționarea unei gene.

Secvența unei gene este alcătuită dintr-o înșiruire de baze din patru litere (A-adenină, C-citozină, T-timină, G-guanină), iar folosind aceste tehnici putem interveni cu schimbări specifice - ștergere, adăugare, inversare de una sau mai multe litere - în modul în care literele se succed într-o secvență.

Aceste tipologii de modificări sunt comparabile cu acele produse de metodele de mutageneză (introducerea de mutații în ADN folosind substanțe chimice novice sau radiații ionizante) des folosite în agricultură.

Dar, există o diferență esențială între cele două metodologii: în timp ce folosirea tehnicilor de mutageneză se bazează pe introducerea de mutații în mod cazual (urmat de un lung proces de selecție al mutațiilor benefice), în cazul tehnicilor GEd aceste mutații sunt precise, atât ca număr cât și ca poziție.      

Punerea în practică a acestor tehnici a început sa fie posibilă numai după descoperirea unor instrumente specifice. Primul tip de instrument descoperit la începutul anilor ’80 au fost meganucleazele, urmate de zinc-finger nucleaze, TALENs (Transcription activator-like effector nucleaze, 2010) și CRISPR/Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats - asociate proteinelor Cas).

Toate aceste instrumente funcționează în același mod: se bazează pe componente ce pot identifica, localiza și tăia secvențe de ADN dorite, iar odată cu activarea sistemelor de reparare a ADN-ului, se vor produce diferite mutații precum înlocuire, ștergere, adăugare de baze/litere .      

Datorită modului de funcționare, aceste instrumente sunt cunoscute și sub denumirea de „foarfeci moleculare”. Chiar dacă funcționează la fel, sunt diferite între ele  prin modul în care sunt asamblate și ușurința cu care pot fi proiectate. Sistemul CRISPR este cel mai ușor de folosit, economic, și rapid de proiect, ceea ce-l transformă în cel mai des folosit pentru editarea genelor.    

Citește și: ANALIZĂ Cum ne deplasăm pentru a nu mai alimenta schimbările climatice

CRISPR este o caracteristică a codului genetic bacterian, reprezentat de o serie de scurte secvențe de ADN repetitive distanțate între ele. Bacteriile utilizează aceste secvențe genetice pentru a-și „aminti” de fiecare virus specific care le atacă.

Sistemul CRISPR a fost identificat încă de la începutul anilor ’80 când a fost demonstrat că aceste secvențe funcționează ca și un sistem imunitar al bacteriilor.      

Din 2015 a fost gândit ca și  modalitate de editare a genelor de către cercetătoarele Jenifer Doudna și Emanuelle Charpentier, premiate cu Premiul Nobel pentru Chimie în 2020 pentru această descoperire, metaforic comparată cu invenția motorului cu aburi sau a internetului, datorită aplicabilității pe scara largă în ramuri precum   biologie, biomedicină, biotehnologie.          

Cum este reglementată editarea genelor?

Aceste instrumente pot fi folosite atât pentru generarea de mutații, cât și pentru introducerea de nou material genetic, ca în cazul tehnicilor „ tradiționale”  de inginerie genetică.

Diferența e  că aceste noi secvențe de ADN sunt introduse în anumite porțiuni alese ale genomului, nu  în mod cazual cum se întâmplă cu tehnicile „tradiționale”. Pentru a putea cultiva și comercializa plante modificate genetic (OMG) este necesară obținerea de autorizații specifice. OMG-urile sunt reglementate în mod diferit în diverse țări.   
Pentru a exemplifica acest concept putem lua ca și punte focale două regiuni, SUA și UE. În timp ce în SUA reglementarea se face în baza produsului final, UE reglementează procesul (biotehnologii moderne versus ameliorare tradițională) utilizat pentru obținerea produsul final.

De exemplu, în SUA este reglementată cultivarea porumbului transgenic în funcție de trăsătura care o poartă (rezistență la ierbicide, atacul insectelor, s.a.m.d.), în timp ce în UE este negată cultivarea acestor produse dacă sunt obținute prin intermediul biotehnologiilor moderne.

Citește și: Milioane de lei pentru pistele de bicicliști

Tocmai din această cauză, și plantele obținute prin aplicarea tehnicilor GEd sunt definite/reglementate în mod diferit, chiar dacă este, practic, imposibil să distingem între tipul de mutații introduse pe cale tradițională sau modernă.      

Departamentul Agriculturii din SUA (USDA) a anunțat în  2018 că nu va reglementa plantele modificate cu tehnicile GEd, argumentând că aceste culturi nu sunt mai riscante decât orice alte soiuri de plante. Practic, USDA a recunoscut editarea genelor ca o formă mult mai rapidă de ameliorare tradițională.

Atâta timp cât modificările genetice sunt limitate la o simplă ștergere/adăugare/schimbare de baze (literele A,C,T,G), acestea nu sunt reglementate ca și plante OMG. În schimb, dacă plantele modificate conțin secvențe de ADN aparținând altor organisme, acestea vor fi reglementare ca OMG.

În UE, Curtea de Justiție a Uniunii Europene (CEJ) din Luxemburg a decis în vara lui  2018 ca plantele obținute cu ajutorul GEd să fie supuse acelorași reglementări stricte, ca și OMG-urile.

Decizia este considerată un afront de către comunitatea științifică pentru că tehnicile de editare a genelor ar trebui să fie considerate ca și mutageneză, la fel ca iradierea și, astfel, să fie scutite de directivă, în cazul în care implică modificări ale ADN-ului și nu inserarea de gene străine.

În schimb, Marea Britanie, după ieșirea oficială din UE, a anunțat în 2021 că plantele editate cu tehnici de precizie precum CRISPR nu vor fi reglementate ca și OMG.

De ce editarea genelor este o soluție pentru combaterea schimbărilor climatice?

Schimbările climatice reprezintă o amenințare gravă pentru sistemele agricole și siguranța alimentară. Multe eforturi au fost întreprinse pentru a îmbunătăți performanța culturilor folosind tehnicile GEd iar multe dintre modificările vizate includ atribute benefice pentru adaptarea la schimbările climatice.      

Stresurile de tip abiotic (secetă, temperaturi prea ridicate sau prea scăzute, salinitate, poluarea solurilor, etc.) și biotic (prezența de boli și dăunători) reprezintă unele dintre cele mai grave amenințări la adresa productivității agricole în fața schimbărilor climatice.

Pentru a obține culturi cu productivitate crescută în condiții neprielnice, sistemul CRISPR a fost aplicat pentru editarea de diferite gene cu funcții  cunoscute pentru a crește  toleranța la aceste condiții, cum ar fi plante de porumb și orez, tolerante la secetă.      

Pentru rezistentă la agenții dăunători, sistemul CRISPR a fost folosit în mult mai multe plante (bumbac, grâu, orz, orez, roșii, cartofi, struguri, banane, cacao), mai ales împotriva bolilor cauzate de diferiți viruși și bacterii.

Dar aceste aplicații nu se opresc numai la caractere legate de productivitate, ci au fost aplicate și pentru a îmbunătăți aportul nutrițional al diferitelor alimente produse. Editarea unor anumite gene în plantele de roșii a condus la obținerea de fructe cu un conținut ridicat de antocianine, cartofi cu un conținut redus de amidon, banane și orez cu un aport ridicat de vitamina A.

Mai mult, ingineria genetică aplicată în acest mod poate aduce beneficii mult mai rapide în domeniul producerii de biocombustibil și bioplastic.

Beneficiile culturilor GEd sunt subestimate și în ceea ce privește reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră (GES). Rezultatele unui studiu recent sugerează că reducerile emisiilor de GES ar fi substanțiale, de 33 milioane de tone metrice de CO2 pe an,  dacă s-ar cultiva culturi GEd, mai ales datorită creșterii diversității combinațiilor de trăsături dorite, potențialului crescut de producție, și eficienței fotosintetice sporite a plantelor.  

Considerând toate aceste oportunități, este evident că plantele GEd au un enorm potențial. De aceea, cercetătorii din toată lumea investesc idei și resurse pentru aplicarea lor în contextul agro-alimentar, iar faptul că la nivel european aceste culturi continuă să fie stigmatizate rămâne o problemă.

Cercetătorii europeni au tot repetat  aceste argumente împotriva reticenței UE de a accepta culturile GEd.      

Cu toate acestea, UE continuă să adopte direcția opusă, în ciuda faptului că programele de tip Farm-to-Fork din cadrul Green Deal au ca scop promovarea agriculturii ecologice, inclusiv prin adoptarea de noi tehnologii. În plus, aceste decizii politice duc și la însemnate pierderi economice legate de comercializarea acestor produse. Am putea să economisim timp necesar pentru dezvoltarea lor, dar și din costurile propriu-zise de producere.  

Sursa foto: PxHere