U svijetu znanstvenih dostignuća koja obećavaju revoluciju u poljoprivredi, izraelska biotehnološka tvrtka Evogene postigla je značajan napredak u razvoju sintetskih metaboličkih putova u biljkama. Kroz niz eksperimenata na modelnim biljnim vrstama Arabidopsis thaliana i Brachypodium distachyon, znanstvenici su uspjeli uvesti dva nova sintetska puta – Pathway01 i Pathway02 – koji bi mogli preobraziti način na koji promatramo biljnu produktivnost i prilagodbu na klimatske izazove.
Put Pathway01: Obnova u uzgoju Arabidopsis
Prvi fokus istraživanja bio je Pathway01, kompleksni sustav koji uključuje ekspresiju pet različitih proteina. Nakon uspješne transformacije, tri nezavisne linije Arabidopsis thaliana pokazale su potpunu ekspresiju svih pet komponenti ovog puta. Ovi rezultati, dobiveni kroz rigorozne molekularne analize, otvorili su vrata daljnjim testovima u kontroliranim stakleničkim uvjetima.
No, preliminarni podaci otkrili su neočekivane posljedice: biljke s potpunom ekspresijom Pathway01 pokazale su promjene u proizvodnji biomase i fotosintetskoj aktivnosti. Dok su neke linije pokazale blagi porast u razvoju korijena, druge su imale smanjenu sposobnost pretvorbe svjetlosne energije. Ova varijabilnost naglašava složenost sintetske biologije, gdje ravnoteža između genetskih modifikacija i fizioloških procesa ostaje ključni izazov.
„Ovi rezultati upućuju na to da Pathway01 zahtijeva dodatnu optimizaciju prije komercijalne primjene,“ izjavio je anonimni istraživač s projekta. „Koncentracija na jedan od proteina, umjesto na cijeli put, mogla bi smanjiti negativne učinke dok se održavaju prednosti.“
Pathway02 i perspektive za Brachypodium distachyon
Usporedno s radom na Arabidopsisu, Evogene je paralelno razvijala Pathway02, koji je testiran i na Brachypodium distachyon – vrsti trave koja služi kao model za žitarice poput pšenice. Za oba puta (Pathway01 i Pathway02) u Brachypodiju, tim je završio ključne faze kloniranja, transformacije i molekularne evaluacije. Trenutno se očekuje da će fenotipizacija i detaljna analiza ekspresije biti završene do kraja 2020. godine, što će omogućiti usporedbu s rezultatima u Arabidopsisu.
Brachypodium, kao predstavnik trajnica, nudi jedinstvene mogućnosti za istraživanje dugotrajnih učinaka sintetskih putova na biljnu izdržljivost. „Ažurirane metode genomskog inženjeringa omogućile su nam precizniju integraciju gena, što je posebno važno za kompleksne metaboličke putove,“ dodaje član istraživačkog tima.
Što ovo znači za budućnost poljoprivrede?
Iako su ovi eksperimenti provedeni na modelnim vrstama, njihovi rezultati imaju dalekosežne implikacije. Pathway01 i Pathway02 dizajnirani su kako bi povećali efikasnost biljaka u korištenju resursa, smanjili ovisnost o gnojivima ili povećali otpornost na sušu. Primjena ovih tehnologija na žitarice ili povrće mogla bi revolucionirati globalnu poljoprivrednu proizvodnju, posebno u uvjetima klimatskih promjena.
Međutim, put od laboratorija do polja dug je i zahtijeva strpljenje. Optimizacija metaboličkih putova, evaluacija sigurnosti te regulativni postupci samo su dio izazova. Evogene surađuje s agronomskim institucijama kako bi testirala svoje linije u različitim okolinama, istovremeno radeći na smanjenju troškova proizvodnje.
Zaključak: Prvi koraci prema zelenijoj revoluciji
Napredak Evogenea u sintetskoj biologiji predstavlja važan korak u nastojanjima da se biljke pretvore u „pametnije“ organizme, sposobne nositi se s izazovima 21. stoljeća. Iako su prvi rezultati mješoviti, oni pružaju dragocjene uvide u to kako genetski inženjering može utjecati na kompleksne fiziološke procese.
Kako istraživači nastavljaju analizirati podatke iz stakleničkih pokusa, svjetska znanstvena zajednica s nestrpljenjem očekuje rezultate koji će biti objavljeni tijekom 2020. godine. Ako se potvrdi funkcionalnost Pathway02 ili optimizirane verzije Pathway01, možemo biti svjedoci početka nove ere u bioinženjeringu – ere u kojoj će biljke ne samo preživljavati, nego i napredovati u uvjetima koje čovječanstvo još uvijek pokušava savladati.
Ova istraživanja također postavljaju temelje za buduća partnerstva između biotehnoloških tvrtki i poljoprivrednih proizvođača, s ciljem stvaranja održivih i produktivnih agroekosustava. U vrijeme kada se globalna potražnja za hranom udvostručuje, inovacije poput ovih nisu samo znanstvena znatiželja – one su nužnost.
