U otkriću koje ima za cilj da ubrza razvoj useva za mlazne biogoriva za mlazne pogone, naučnici iz Nacionalne laboratorije Oak Ridž Ministarstva energetike razvili su sposobnost ubacivanja više gena u biljke u jednom koraku.
„Dok pokušavamo da ispunimo cilj avio industrije sa nultom emisijom ugljenika do 2050. sa održivim gorivima, izazovi su ogromni—tehnički, ekonomski i biološki“, rekao je Džeri Tuskan, glavni izvršni direktor Centra za bioenergetske inovacije koji vodi ORNL, ili CBI, koji je rukovodio istraživanjem. „Mogućnost testiranja više gena istovremeno će ubrzati taj proces i povećati verovatnoću da ćemo postići cilj nacije da istisnemo 100% avio-goriva zasnovanog na nafti do 2050. godine.
Tehnika transformacije biljaka, poznata kao slaganje gena, zamenjuje mukotrpan metod ubacivanja jednog po jednog gena u DNK ciljane biljke, a zatim sekvencioniranje biljke kako bi se osiguralo da su geni na pravom mestu i da imaju pravu orijentaciju da pokrenu željene fizičke osobine.
Geni ne funkcionišu u vakuumu. Kompleksne osobine koje istraživači žele, kao što su brži rast i tolerancija na sušu, često kontrolišu više gena. Tradicionalni genetski inženjering uključuje dodavanje jednog gena i njegove povezane biohemijske mašinerije u biljke, dokazivanje da radi, zatim uzimanje tog biljnog materijala i transformaciju ga drugi put drugim genom i dokazivanje da radi, zatim treći gen i tako dalje, u kompleksu, vremenski intenzivan proces.
Mnogo je efikasnije ako sve to možete da uradite u jednoj transformaciji“, rekao je Tuskan, koji je takođe sarađivao na istraživanju.
Naučnici ORNL-a kreirali su novu metodu isporuke koristeći proteinske segmente zvane inteini koji imaju prirodnu sposobnost da se odvoje od većih proteina, a zatim ponovo spoje kako bi stvorili nove proteine. Istraživači su koristili inteine da kreiraju podeljeni selektabilni sistem markera koji je istovremeno ubacio četiri gena u biljke, uključujući gene koji „markiraju“ ili identifikuju transformisane ćelije, podržavaju njihovu stabilnost i čine da se izmene mogu detektovati biosenzorima.
Tehnika, opisana u Communications Biologi, demonstrirana je na duvanu, modelnoj biljci Arabidopsis thaliana i topoli kao sirovini biomase.
Dobijeni hibridi su ispitani korišćenjem biosenzora zasnovanih na svetlosti koje je razvio ORNL i koji su ukazivali da su novi geni integrisani u biljku. Nalazi su potvrđeni ispitivanjem biljne DNK.
Projekat je „rezultat višegodišnjeg istraživanja u CBI posvećenom stvaranju otpornih bioenergetskih sirovina koje rastu u manje nego idealnim uslovima“, rekao je vođa projekta ORNL Ksiaohan Iang. „Želimo da složimo osobine topole koje čine drvo ekonomski održivim za rast i preradu za mlazno gorivo.“ Nova sposobnost slaganja gena lako se implementira u postojeće cevovode za transformaciju biljaka, istovremeno omogućavajući mnogo brže rezultate, rekao je Jang.
Kao deo svoje misije da razvije održivi usev neprehrambenih sirovina za čisto avionsko gorivo, CBI je identifikovao gene koji kontrolišu osobine biljaka poput većeg prinosa, sastava biomase koji se lakše prerađuje u biogoriva i otpornosti na sušu.
Jang i kolege su počeli da rade na iteraciji tehnike za ubacivanje 12 gena odjednom – 10 povezanih sa biološkim funkcijama topole i dva markera. Jang je rekao da je izvodljivo da se tehnika može poboljšati kako bi podržala slaganje čak 20 gena.
„Pokazali smo da možemo da primenimo ove nove metode za izgradnju postrojenja na predvidljiv i efikasniji način koji zahteva manje validacije i testiranja“, rekao je Tuskan. Nova sposobnost „nadilazi postepeno poboljšanje trenutne tehnologije i predstavlja vrhunac napora mnogih ljudi, što predstavlja značajan korak napred u našoj sposobnosti da transformišemo postrojenja.“
