Ogräs som utvecklat resistens mot bekämpningsmedel är ett snabbt växande problem för odlare i hela världen. Nu presenterar forskare för första gången en syntetisk gendrivare som fungerar i växter. Med en gendrivare kan en egenskap, till exempel känslighet mot bekämpningsmedel, snabbt spridas i en population ogräs. Gendrivaren kan enligt forskarna vara en framtida lösning på ogräsproblemet men är kontroversiell och väcker frågor om etik och säkerhet.
Själviska gener som bryter mot genetikens lagar
En gendrivare är en bit ”extra-ärftligt” DNA. När de förekommer naturligt kallas de också för själviska gener eftersom de finns oftare än förväntat i en population och verkar ha en egen agenda.
Själviska gener har förmåga att kopiera in sig själva på fler platser i ett genom. På så sätt har de en högre chans att nedärvas till nästa generation än de femtio procent som varje variant av en gen annars är tilldelad hos en art med sexuell fortplantning.
En teori om ursprunget till själviska gener är att de är rester från gamla virusinfektioner. Virus har förmågan att foga in sitt eget DNA i genomet hos sin värdorganism i syfte att få värdens celler att tillverka virus-proteiner. Själviska gener skulle därför kunna vara virus som under evolutionens gång fastnat i sin värds genom men av oklar anledning förlorat förmågan att spridas.
Gensaxen CRISPR/Cas9 agerar syntetisk gendrivare
Forskare har låtit sig inspirerats av de själviska generna och imiterat den mekanism som gör att ett bitar av DNA nedärvs i högre frekvens och därmed också sprids snabbare i en population. Idén är att koppla en specifik genvariant till gendrivaren som ger den egenskap man vill sprida. Efter några generationer har egenskapen blivit vanlig i populationen.
Om genvarianten ger en egenskap som är negativ för populationens fortplantning, till exempel ’sterilitet hos hanar’ kan gendrivaren användas för att slå ut oönskade populationer.
Syntetiska gendrivare har ännu bara använts i kontrollerade miljöer som laboratorium. Fokusområdet har främst varit att utveckla gendrivare som kan slå ut populationer av myggor som sprider malaria, zika och denguefeber.
Gendrivare skulle kunna användas på liknande sätt i populationer av invasiva arter, insekter som förstör det vi odlar, andra skadegörare eller ogräs.
Idén om gendrivare föddes redan 2003 men det var inte förrän gensaxen CRISPR/Cas9 utvecklades som forskningsområdet om gendrivare tog fart, och 2015 visade forskare att gendrivare fungerar i praktiken.
CRISPR/Cas9 har visat sig vara en utmärkt gendrivare. Med rätt design kan den kopiera in sig själv och medföljande genvariant på den kromosom i ett kromosompar som saknar gendrivaren. På så vis nedärvs gendrivaren och den önskade genvarianten med nära hundra procents säkerhet till nästa generation.
Första gången i växter
Sedan 2003 har forskare fått gendrivare att fungera i insekter och möss men aldrig i växter. Det beror på att växtceller har en reparationsmekanism som gör att CRISPR/Cas9 här fungerar sämre som gendrivare.
I två studier som publicerats parallellt i Nature Plants visar forskare för första gången hur de lyckats ta sig förbi problemet och fått en gendrivare att fungera i modellväxten backtrav.
Båda grupperna använde sig av en liknande princip som på engelska kallas ”cut and rescue”. De modifierade växten så att en kromosom fick gener som kodar för CRISPR/Cas9. Gensaxen får agera gendrivare och är designad att klippa itu en specifik gen som behövs för att växtens könsceller (pollen och fröämne) ska utvecklas.
Till gendrivaren kopplade de även en modifierad back-up-versionav den gen som klipps itu. Det gör att bara könsceller som har en kromosom innehållande både gendrivaren och den modifierade back-up-versionen av genen överlever och att dessa nedärvs till nästa generation.
Ett potentiellt användningsområde för gendrivaren i växter som båda forskargrupperna nämner är hållbar ogräsbekämpning. Om den egenskap som sprids med gendrivaren till exempel är ökad känslighet för bekämpningsmedel, skulle den kemiska bekämpningen av ogräs kunna minskas.
Kommer gendrivaren att användas?
Gendrivare som teknik har potential att lösa allvarliga samhällsproblem. Men tekniken är ny, kontroversiell och omgärdas både av tekniska osäkerheter och etiska frågeställningar.
Oförutsägbarheten och säkerheten diskuteras ofta i samband med gendrivare. Vad händer om gendrivaren ”sliter sig” och hamnar i en population eller närbesläktad art som man inte ville slå ut? Vad händer om med ekosystemet när en viss art minskar kraftigt i antal – finns det risk att den ersätts av en annan art som vållar ännu mer problem? Och ska människan överhuvudtaget påverka ekosystem på det här sättet?
Det pågår forskning för att utveckla gendrivare som går att kontrollera och återställa, vars effekt avtar med tid eller bara fungerar tillsammans med en vissa kemikalier.
Användningen av gendrivare är i nuläget också i stort sett blockerad av den lagstiftning som reglerar genetiskt modifierade organismer (GMO). Även om GMO-lagstiftningen varierar i olika länder så ställs höga krav på riskbedömning som kan vara svår att efterleva när det gäller gendrivare. Det finns också krav på att utvecklaren ska vidta åtgärder som minskar risken för att den genetiskt modifierade växten sprids i naturen. För en gendrivare är ju själva syftet att den ska spridas.
/Mia Olsson 2024-08-06
Läs mer om gendrivare här: Gendrivare – Gentekniknämnden
Källor:
First synthetic gene drive for plants could help eradicate weeds. Science, Vol 384, Issue 6703.
Oberhofer, G., Johnson, M.L., Ivy, T. et al. Cleave and Rescue gamete killers create conditions for gene drive in plants. Nat. Plants 10, 936–953 (2024). https://doi.org/10.1038/s41477-024-01701-3
Liu, Y., Jiao, B., Champer, J. et al. Overriding Mendelian inheritance in Arabidopsis with a CRISPR toxin–antidote gene drive that impairs pollen germination. Nat. Plants 10, 910–922 (2024). https://doi.org/10.1038/s41477-024-01692-1
