CRISPR Cas9 как инструмент генной инженерии может решить различные проблемы экологии: от парниковых газов до биотоплива

Успехи в генной инженерии за последнее десятилетие дали ученым новые инструменты, позволяющие с большой точностью адаптировать биохимию практически любого живого существа. Поскольку биосфера, включая деревья, сельскохозяйственные культуры, домашний скот и любые другие организмы, является основным источником и поглотителем парниковых газов (ПГ), эти инструменты имеют глубокие последствия для изменения климата.

Редактирование генов открывает новые пути для увеличения природных и сельскохозяйственных поглотителей углерода, ограничения выбросов в сельском хозяйстве и других основных секторах, выделяющих ПГ, а также для улучшения качества биотоплива.

Использование ферментов

При редактировании генов используются ферменты (CRISPR Cas9 является наиболее известным) для идентификации, удаления и замены сегментов ДНК организма, подобно использованию текстового процессора для редактирования документа.

Эти инструменты возникли как защитные механизмы, чтобы бактерии могли удалить чужеродную ДНК, вставленную хищными вирусами. Исследователи приспособили этот клеточный механизм для введения полезных свойств в растения и животных. Эти методы являются новыми, но они основаны на почти полувековом опыте традиционной генной инженерии и сотнях миллионов лет эволюции.

При уменьшении масштаба с микроскопического уровня редактирование генов предлагает новые решения для различных проблем, связанных с выбросами.

Дальнейший прогресс мог бы обеспечить рост производительности

У растений имеется уникальная способность: фотосинтез с использованием для этого захвата углерода. Однако этот процесс на удивление неэффективен. Ученые быстро перешли к использованию своего нового инструмента, чтобы попытаться улучшить его, и уже сообщалось о нескольких прорывах. Дальнейший прогресс мог бы обеспечить рост производительности на 50 % в основных культурах, радикальное сокращение выбросов, повышение производительности на акр и повышение доходов фермеров.

На разложение и транспортировку отходов продовольствия приходится самая большая часть выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве. Компании уже продают генно-модифицированное соевое масло с более длительным сроком хранения и картофель, который сопротивляется потемнению, что сокращает количество отходов.

Оптимизация микробов

Биотопливо следующего поколения из switchgrass, которое легко растет на непахотных землях, может обеспечить устойчивый низкоуглеродный транспорт. Загвоздка заключалась в том, что ключевой ингредиент этого растения - целлюлоза, которая трудно расщепляется. Редактирование генов может открыть этот богатый ресурс путем оптимизации микробов, которые способны эффективно перерабатывать целлюлозу, получая дешевое биотопливо и стимулируя развитие сельских районов.

Уменьшение выбросов от КРС

На 1,4 миллиарда голов крупного рогатого скота в мире приходится около 6 процентов глобальных выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве, в значительной степени из-за метана в их отрыжке. Некоторые животные выделяют гораздо меньше метана, чем другие, из-за специфических микробных популяций в их пищеварительном тракте. Редактирование генов могло бы позволить этой черте распространяться по стадам, уменьшая выбросы.

Какие опасения имеются?

Огромные перспективы генного редактирования для решения социальных проблем, включая изменение климата, были замедлены опасениями, что оно не является ни естественным, ни безопасным. Эти опасения неуместны. Люди использовали селекцию для формирования геномов сельскохозяйственных культур и домашнего скота с самого начала сельского хозяйства.

Наш "новый" инструмент редактирования генов использовался природой на протяжении сотен миллионов лет. Самое важное, что в одиннадцати крупных исследованиях за последние четыре десятилетия Национальная академия наук США не обнаружила никаких новых опасностей в генно-модифицированных или генно-инженерных продуктах. К такому же выводу пришли и другие авторитетные органы по всему миру, что подтверждается огромным опытом.

Актуальность проблемы защиты экологии

Актуальность проблемы климата становится все более очевидной с каждым новым сезоном, поскольку сильные штормы, засухи, пожары и другие бедствия становятся все более частыми в нашей стране и во всем мире. Необходимо принять меры сегодня, чтобы ускорить генно-модифицированные климатические решения.

Во-первых, законодатели должны устранить нормативное бремя, которое сдерживает инновации в генно-модифицированных технологиях и мало способствует безопасности человека или окружающей среды. Нынешние правила в отношении генетически модифицированных продуктов добавили десятки миллионов долларов и несколько лет к их разработке, не обеспечив соразмерных выгод для здоровья, безопасности или экологии.