Τεχνολογία Μικροχρωμοσώματος – Ο Καλύτερος Τρόπος για Βιώσιμη Ανάπτυξη στην Απόδοση των Καλλιεργειών;

Η γεωργία ως πρακτική υπάρχει από όσο και ο ανθρώπινος πολιτισμός. Καθ’ όλη αυτή τη διάρκεια, νέες τεχνολογίες την εμπλούτιζαν περιοδικά. Ως αποτέλεσμα, η γεωργία έγινε πιο αποδοτική, εξοικονομώντας χρόνο και κόστος. Αυτή η εξέλιξη οδήγησε στην αντικατάσταση της ανθρώπινης εργασίας σε μεγάλο βαθμό, πρώτα από ζώα και μετά από μηχανές. Σε αυτή τη διαδρομή ανάπτυξης, μία από τις πιο πρόσφατες προσθήκες είναι η τεχνολογία Μικροχρωμοσώματος.

Τι είναι η τεχνολογία Μικροχρωμοσώματος;

Τα μικροχρωμόσωμα είναι μικρές δομές που βρίσκονται μέσα στα κύτταρα. Αυτές οι δομές – αν και μικρού μεγέθους – μπορούν να αποθηκεύουν μεγάλες ποσότητες πληροφορίας μέσω του γενετικού υλικού που περιέχουν.

Αυτές οι μικρές δομές είναι κρίσιμες για τους γεωργικούς γενετιστές, καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση των φυτών προσθέτοντας δεκάδες χαρακτηριστικά μέσω τους. Για παράδειγμα, μπορούν να κάνουν τα φυτά πιο ανθεκτικά στην ξηρασία ή πιο ικανά να αξιοποιούν το άζωτο. Ενδιαφέρον είναι ότι, αν και τέτοιες τροποποιήσεις μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την απόδοση, δεν αλλάζουν τα γονίδια του φυτού, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη αποδοχή από τις ρυθμιστικές αρχές και τους αγρότες.

Ενώ θα εξετάσουμε λεπτομερώς τα χαρακτηριστικά και τις ιδιαιτερότητες της τεχνολογίας μικροχρωμοσώματος στα επόμενα τμήματα, πρέπει να γνωρίζουμε την ιστορία της για να κατανοήσουμε καλύτερα τον σκοπό και τους στόχους της.

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε πώς η ρομποτική καταλαμβάνει τη γεωργία.

Η Γένεση της Τεχνολογίας Μικροχρωμοσώματος σε Σύντομες Λέξεις

Η τεχνολογία μικροχρωμοσώματος, επίσης γνωστή ως στοίβαγμα γονιδίων, προήλθε από μια ανακάλυψη του Daphne Preuss, μιας από τις πιο επιτυχημένες επιχειρηματίες στον χώρο των τροφίμων και της γεωργίας παγκοσμίως.

Με βάση το Σόρεντο, Μάιν, Ηνωμένες Πολιτείες, η Daphne Preuss έχει κατέχει πολλούς ρόλους στην μακρά και λαμπρή της καριέρα. Από τον Νοέμβριο 2006 έως τον Δεκέμβριο 2018, η Preuss υπηρέτησε ως Διευθύνων Σύμβουλος της Chromatin Inc., γνωστής επίσης ως Future Food.

Σύμφωνα με τον Gregory Copenhaver, ο οποίος εργάστηκε στο έργο της Preuss όπου αρχικά εργαζόταν με το Arabidopsis Thaliana, ένα μικρό φυτό της οικογένειας της μουστάρδας:

«Η Daphne βρήκε μια μετάλλαξη με χαρακτηριστικά που μας επέτρεψαν να αναπτύξουμε μια τεχνική γενετικού χαρτογράφησης για φυτά. Αναπτύξαμε μια τεχνική για την ταυτοποίηση του κεντρομητρίου, του σημείου στα χρωμοσώματα που ένα κύτταρο προσκολλάται όταν χρειάζεται να τα μετακινήσει κατά τη διαίρεση. Καταφέραμε να καταλάβουμε πώς να πιάσουμε το κεντρομητρίου και να το χρησιμοποιήσουμε για να δουλέψουμε με άλλα φυτά.»

Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροχρωμοσώματος. Στη συνέχεια, ο Copenhaver και η Preuss ίδρυσαν την εταιρεία Chromatin Inc. και απέκτησαν την άδεια της τεχνολογίας για την εταιρεία. Αυτή είναι η σύντομη ιστορία πίσω από τη γένεση της τεχνολογίας μικροχρωμοσώματος.

Με αυτές τις πληροφορίες στα χέρια μας, η επόμενη ερώτηση που είναι προφανής είναι γιατί η τεχνολογία μικροχρωμοσώματος κέρδισε έδαφος. Πρέπει να υπήρχαν και άλλες παρόμοιες έρευνες εκείνη την εποχή που εξερευνούσαν τη χρήση της γενετικής των φυτών για καλύτερη απόδοση και όγκο παραγωγής των καλλιεργειών. Ο Copenhaver είχε μια απάντηση.

Τι έκανε την τεχνολογία μικροχρωμοσώματος να ξεχωρίσει;

Σύμφωνα με τον Copenhaver, ήταν ήδη γνωστό πώς να τροποποιήσουμε τα φυτά εισάγοντας γονίδια στα χρωμοσώματά τους. Ωστόσο, οι τεχνολογίες που υπήρχαν για δεκαετίες υπέφεραν από τυχαιότητα. Δεν υπήρχε βεβαιότητα για το τι θα ήταν το αποτέλεσμα.

Ακόμη και αν το γονίδιο μπορούσε να εισαχθεί σε ένα υπάρχον χρωμόσωμα, η θέση προσγείωσης του θα μπορούσε να επηρεάσει τη λειτουργία του. Η διαδικασία επίσης ενέπνεε κίνδυνο διαταραχής άλλων γονιδίων κατά τη διαδικασία εισαγωγής.

Αυτή η αβεβαιότητα οδήγησε τις υπάρχουσες διαδικασίες να γίνουν δύσκολες και επίπονες. Μετά από εργασία με χιλιάδες φυτά, οι ερευνητές μπόρεσαν να πετύχουν μόνο σε περιορισμένο αριθμό περιπτώσεων όπου η τροποποίηση έδωσε τα επιθυμητά αποτελέσματα.

Η τεχνολογία μικροχρωμοσώματος έφερε βεβαιότητα στη διαδικασία. Σύμφωνα με τον Copenhaver, η διαδικασία την έκανε «πιο εύκολη στη μετάδοση των χαρακτηριστικών». Έκανε τη νέα φυτική εκτροφία «γρηγορότερη, καλύτερη, φθηνότερη και πιο προβλέψιμη».

Πόσο Έχει Προοδεύσει η Τεχνολογία Μικροχρωμοσώματος;

Η έρευνα στην τεχνολογία μικροχρωμοσώματος έχει φέρει μέχρι τώρα πολλές αποκαλυπτικές γνώσεις. Για παράδειγμα, τα μικροχρωμόσωμα δεν διαθέτουν δικά τους γονίδια. Αυτό το χαρακτηριστικό – μαζί με το μικρό τους μέγεθος – βοηθά τα μικροχρωμόσωμα να λειτουργούν ως υπερ-φορείς για την έκφραση ξένων γονιδίων. Επιπλέον, σε αυτή τη διαδικασία, παρεμβαίνουν ελάχιστα στα πρότυπα ανάπτυξης και εξέλιξης του ξενιστή.

Τα μικροχρωμόσωμα παραμένουν σταθερά κατά τη μίτωση και τη μιώση. Αυτή η ιδιότητα βοηθά τα κατοικημένα γονίδια να εκφράζονται και να μεταδίδονται από κύτταρο σε κύτταρο, από μια γενιά στην επόμενη. Η προσθήκη, διαγραφή και αντικατάσταση γονιδίων στα μικροχρωμόσωμα είναι απλή. Το μόνο που απαιτείται είναι ένα σύστημα SSR: Simple Sequence Repeat.

Η τεχνολογία μικροχρωμοσώματος – όπως είναι σήμερα – είναι χρήσιμη στις γεωργικές μας πρακτικές με πολλούς τρόπους. Μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη γονιδίων φυτών που είναι ανθεκτικά στα ζιζανιοκτόνα και στα παράσιτα.

• Ο πρώτος τύπος γονιδίου διευκολύνει τον έλεγχο των ζιζανίων.
• Ο δεύτερος τύπος μειώνει την ανάγκη για φυτοφάρμακα, μειώνοντας το κόστος της γεωργίας και καθιστώντας τις καλλιέργειες πιο υγιείς.

Επιπλέον, αυτή η τεχνολογία προετοιμάζει το έδαφος για πιο αποτελεσματική γενετική μηχανική σε καλλιέργειες και φυτά ώστε η απόδοσή τους να αυξηθεί. Έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει στην καλλιέργεια περισσότερων φυτών με την ίδια ποσότητα φυσικών πόρων.

Η ανάπτυξη τεχνολογίας τεχνητών χρωμοσωμάτων και αποτελεσματικών μεθόδων συναρμολόγησης γονιδίων για στοχευμένη και προγνωστική επεξεργασία των γονότυπων είναι δυνατή μέσω της συνεχούς καινοτομίας στην τεχνολογία μικροχρωμοσώματος.

Αλλά γιατί απαιτείται η αύξηση της απόδοσης διατηρώντας τα κόστη και τη χρήση πόρων στα ίδια ή προτιμότερα χαμηλότερα επίπεδα; Επειδή ο παγκόσμιος πληθυσμός αυξάνεται, και η καλλιεργήσιμη γη που διαθέτουμε δεν μπορεί να αυξηθεί. Αυτή η ανισορροπία προσφοράς-ζήτησης είναι όπου τεχνολογίες αύξησης απόδοσης όπως τα μικροχρωμόσωμα έρχονται στη βοήθεια.

Η Παγκόσμια Ζήτηση για Τρόφιμα Θα Αυξηθεί

Σύμφωνα με την έκθεση περίληψης που παρουσίασε η Οργανισμός Τροφίμων και Γεωργίας των Ηνωμένων Εθνών, ο παγκόσμιος πληθυσμός θα μπορούσε να αυξηθεί κατά περισσότερο από το ένα τρίτο, ή 2,3 δισεκατομμύρια άτομα, μεταξύ 2009 και 2050. Αυτό θα οδηγήσει σε τεράστια ζήτηση για τρόφιμα.

Για παράδειγμα, η ζήτηση για δημητριακά, τόσο για ανθρώπινη κατανάλωση όσο και για ζωοτροφές, θα μπορούσε να φτάσει τα 3 δισεκατομμύρια τόνους μέχρι το 2050. Η έκθεση εκτιμά επίσης ότι η τροφοδοσία ενός παγκόσμιου πληθυσμού 9,1 δισεκατομμυρίων ατόμων το 2050 θα απαιτήσει αύξηση της συνολικής παραγωγής τροφίμων κατά σχεδόν 70 τοις εκατό μεταξύ 2005/07 και 2050. Στις αναπτυσσόμενες χώρες, η αύξηση θα πρέπει να είναι σχεδόν 100 τοις εκατό.

Η FAO πιστεύει ότι αυτοί οι στόχοι μπορούν να επιτευχθούν μόνο με την εφαρμογή τεχνολογιών αύξησης απόδοσης. Δηλώνει σαφώς ότι έως και το 90 τοις εκατό της αύξησης στην παραγωγή καλλιεργειών πρέπει να προέρχεται από υψηλότερες αποδόσεις και αυξημένη ένταση καλλιέργειας, ενώ το υπόλοιπο προέρχεται από επέκταση της γης.

Ενώ η βελτίωση της αποδοτικότητας της παραγωγής καλλιεργειών και η αύξηση του ποσοστού απόδοσης είναι πραγματικότητα, υπάρχει επίσης η ανάγκη να γίνουν οι καλλιέργειες ανθεκτικές σε απρόβλεπτες καιρικές συνθήκες που προκύπτουν ως παραπροϊόν της κλιματικής αλλαγής παγκοσμίως.

Έχουμε ήδη δει ότι η τεχνολογία μικροχρωμοσώματος βοηθά στην παραγωγή καλλιεργειών ανθεκτικών στην ξηρασία. Ωστόσο, για την παραγωγή τέτοιων καλλιεργειών σε μεγαλύτερη κλίμακα, ο κόσμος χρειάζεται όλο και περισσότερες επενδύσεις από κυβερνήσεις καθώς και μεγάλες πολυεθνικές. Το καλό είναι ότι τέτοια παραδείγματα ήδη υπάρχουν.

Αν ακολουθήσουμε το μονοπάτι της Chromatin Inc. που δημιουργήθηκε με την ανακάλυψή της, θα δούμε ότι πολλές μεγάλες παγκόσμιες εταιρείες έχουν εκφράσει ενδιαφέρον για την τεχνολογία της εδώ και αρκετά χρόνια. Πρώτα, θα εξετάσουμε αυτές τις εκφράσεις ενδιαφέροντος, και στη συνέχεια θα εμβαθύνουμε σε αυτές τις εταιρείες για να κατανοήσουμε τις σχετικές λύσεις που μπορεί να έχουν σε αυτόν τον τομέα.

• Το 2007, η Chromatin παραχώρησε στην Syngenta Biology Inc. μια μη αποκλειστική άδεια χρήσης της τεχνολογίας για καλαμπόκι και σόγια.
• Ακολουθώντας τη Syngenta, η εταιρεία επίσης συνήψε συμφωνία με τη Dow AgroSciences για έρευνα σχετικά με τη συνδυαστική χρήση της τεχνολογίας μικροχρωμοσώματος με την τεχνολογία της Dow.
• Υπέγραψε επίσης συμφωνία με τη Bayer Crop-science για χρήση της τεχνολογίας στα βαμβακερά φυτά της.

Τώρα θα εξετάσουμε τις σχετικές εξελίξεις αύξησης απόδοσης που αυτές οι τρεις πολυεθνικές έχουν υλοποιήσει επιτυχώς μέχρι τώρα.

1. Syngenta Biology Inc.

Η Syngenta συνεχίζει να αναπτύσσει καλλιέργειες με τεχνολογίες χαρακτηριστικών σπόρων που είναι πιο αποδοτικές. Ο επιταχυντής μετατροπής χαρακτηριστικών της Syngenta έχει εισαγάγει προϊόντα σπόρων καλαμποκιού που χρησιμοποιούν τεχνολογίες αιχμής για να είναι έτοιμα στην αγορά γρήγορα.

Ενώ συνέχισε να ενσωματώνει τεχνολογίες όπως το μικροχρωμόσωμα, εργάστηκε εκτενώς για την προώθηση των πεδίων της μοριακής βιολογίας, της βιοχημείας, της φυτικής μετασχηματισμού και της εφαρμοσμένης γονιδιωματικής. Τα προϊόντα της, όπως τα Agrisure Artesian, Agrisure Duracade, Agrisure Viptera και Enogen, προσφέρουν αξιόπιστες λύσεις τεχνολογίας σπόρων για να βοηθήσουν τους αγρότες να προστατεύσουν την απόδοσή τους από απρόβλεπτες βροχοπτώσεις και καταστροφικά έντομα και παράσιτα.

Στις 9 Νοεμβρίου 2023, η Syngenta Group ανακοίνωσε τα «αποτελέσματα οικονομικής δραστηριότητας» financial results για τους πρώτους εννέα μήνες και το τρίτο τρίμηνο του 2023. Οι πωλήσεις για τους πρώτους εννέα μήνες του 2023 ανήλθαν σε 24,3 δισεκατομμύρια δολάρια, μειωμένες κατά 6 τοις εκατό σε ετήσια βάση. Το EBITDA ήταν 22% χαμηλότερο σε σύγκριση με το 2022.

2. Dow AgroSciences

Η Dow Corporation διαθέτει μια σειρά λύσεων για καλλιέργειες που περιλαμβάνουν λύσεις για τη βελτιστοποίηση της ανάπτυξης των φυτών ενώ ελαχιστοποιούν τη χρήση πόρων. Η Dow διασφαλίζει ότι οι λύσεις της για καλλιέργειες βοηθούν στη μείωση των απωλειών προστατεύοντας τις καλλιέργειες από έντομα, ζιζάνια και ασθένειες. Παρέχει επίσης αποτελεσματική διανομή θρεπτικών ουσιών και νερού, ενώ επιτρέπει τη σύνθεση φυτοφαρμάκων με αξιόπιστα δομικά στοιχεία.

Η Dow δημοσίευσε τα «αποτελέσματα τρίτου τριμήνου 2023» third quarter 2023 results στις 24 Οκτωβρίου 2023. Η εταιρεία κατέγραψε καθαρές πωλήσεις 10,7 δισεκατομμυρίων δολαρίων, μειωμένες κατά 24% σε σύγκριση με την ίδια περίοδο του προηγούμενου έτους. Τα κέρδη ανά μετοχή σύμφωνα με GAAP ήταν 0,42 δολάρια, ενώ τα λειτουργικά κέρδη ανά μετοχή (EPS) ήταν 0,48 δολάρια, σε σύγκριση με 1,11 δολάρια στην προηγούμενη χρονιά και 0,75 δολάρια στο προηγούμενο τρίμηνο.

3. Bayer Crop Science

Η Bayer Crop Sciences, μέρος της Bayer Global, εστιάζει σε καινοτομίες γύρω από τους σπόρους, τα χαρακτηριστικά και την προστασία των καλλιεργειών. Οι καινοτομίες της έχουν βοηθήσει τους βιοτεχνολόγους της να πραγματοποιήσουν στοχευμένες βελτιώσεις στο DNA των φυτών. Οι λύσεις της βοηθούν στον έλεγχο των ζιζανίων μέσω ενσωματωμένης αντοχής στα ζιζανιοκτόνα και βοηθούν τους αγρότες να διατηρήσουν το γενετικό δυναμικό των σπόρων τους, ενώ καλλιεργούν πιο αποδοτικά με σημαντικά μειωμένο περιβαλλοντικό αντίκτυπο.

Τα οφέλη της προστασίας των καλλιεργειών, σύμφωνα με τη Bayer, είναι τεράστια. Ο μηχανισμός προστασίας των καλλιεργειών διασφαλίζει περίπου το 30 τοις εκατό των αποδόσεων παγκοσμίως, ισοδύναμο με 550 εκατομμύρια τόνους τροφίμων που θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν πάνω από 2 δισεκατομμύρια ανθρώπους.

Το φάσμα λύσεων προστασίας καλλιεργειών της Bayer περιλαμβάνει ζιζανιοκτόνα, μυκητοκτόνα και εντομοκτόνα. Όλες οι λύσεις της βασίζονται σε πρωτοποριακή χημεία, βιολογικές καινοτομίες και δεδομενο-κατευθυνόμενες γνώσεις πεδίου. Η ακριβής εφαρμογή των τεχνολογιών της οδηγεί σε εξαιρετικά προχωρημένους σπόρους και χαρακτηριστικά.

Στο οικονομικό έτος 2022, η Bayer Group κατέγραψε ομαδικές πωλήσεις 50,739 δισεκατομμυρίων ευρώ, αυξημένες κατά 8,7 τοις εκατό σε βάση προσαρμοσμένη για νόμισμα και χαρτοφυλάκιο. Το EBITDA προ ειδικών στοιχείων αυξήθηκε κατά 20,9 τοις εκατό, φθάνοντας τα 13,513 δισεκατομμύρια ευρώ.

Το Μέλλον της Τεχνολογίας Μικροχρωμοσώματος

Η αύξηση του πληθυσμού, το απρόβλεπτο κλίμα και η έλλειψη δυνατότητας επέκτασης της καλλιεργήσιμης γης παγκοσμίως είναι παράγοντες που οδηγούν στην ανάγκη για όλο και πιο προηγμένες τεχνολογίες παραγωγής καλλιεργειών όπως τα μικροχρωμόσωμα. Η πιο υποσχόμενη πτυχή της τεχνολογίας μικροχρωμοσώματος είναι ότι ανοίγει το δρόμο για την εμφάνιση όλο και περισσότερων παρόμοιων τεχνολογιών.

Η διαθέσιμη έρευνα δείχνει ότι αποτελεσματικές γενετικές αλλαγές μπορούν να βοηθήσουν ένα φυτό να αναπτυχθεί καλύτερα παρά τις αντίξοες συνθήκες γύρω του. Οι αποδόσεις καλαμποκιού, για παράδειγμα, έχουν αυξηθεί κατά 10%. Όχι μόνο η παραγωγή τους έχει αυξηθεί, αλλά αυτά τα καλαμπόκια έχουν γίνει καλύτερα με μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στην ξηρασία, υψηλότερη περιεκτικότητα σε λυσίνη και αυξημένες δυνατότητες παραγωγής αιθανόλης.

Η γενετική μηχανική, βασισμένη σε τεχνολογίες όπως τα μικροχρωμόσωμα, μπορεί να αντέξει τη βλαστική της πατάτας μειώνοντας τη χρήση χημικών μυκητοκτόνων έως και 90 τοις εκατό. Όχι μόνο η καλλιέργεια πατάτας έχει τώρα μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα, αλλά το προϊόν παρουσιάζει πολύ λιγότερα χτυπήματα και μαύρα σημεία. Η δυνατότητα αποθήκευσης αυτών των πατατών έχει αυξηθεί, και η μειωμένη χρήση χημικών στην παραγωγή τους τις καθιστά λιγότερο επιβλαβείς για την υγεία μας.

Δεν είναι μόνο το καλαμπόκι και οι πατάτες· η τεχνολογία μικροχρωμοσώματος βελτιώνει επίσης την παραγωγή αρκτικών μήλων, ποικιλιών παπάγια στη Χαβάη, καλοκαιρινών κολοκυθιών και ζουκίνι. Έχει βοηθήσει στην προστασία των φρούτων από το καφέρισμα διατηρώντας ταυτόχρονα τη θρεπτική τους αξία και τη γεύση. Απέδειξε την αποτελεσματικότητά της ενάντια σε ιό δακτυλίου, ιό κίτρινης μωσαϊκής και πολλές άλλες παρόμοιες επιβλαβείς ποικιλίες. Έχει ακόμη βοηθήσει στην ανάπτυξη ελαίων σόγιας που δεν περιέχουν τρανς-λιπαρά, τα οποία είναι επιβλαβή για την καρδιακή μας υγεία.

Συνολικά, το αυξανόμενο ενδιαφέρον για καινοτόμες γεωργικές τεχνικές όπως τα μικροχρωμόσωμα έρχεται σε μια εποχή όπου η αύξηση των ποσοστών απόδοσης των καλλιεργειών αποτελεί παγκόσμια προτεραιότητα, και αυτό με πιο βιώσιμο τρόπο και χαμηλότερο αποτύπωμα άνθρακα. Εδώ η τεχνολογία μικροχρωμοσώματος λάμπει περισσότερο, καθώς συμβάλλει σημαντικά και στα δύο. Συνεπώς, μπορεί να αναμένεται λογικά περισσότερες επενδύσεις και εισροές ερευνητικών κεφαλαίων σε αυτόν τον χώρο τα επόμενα χρόνια.

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε πώς τα μηχανικά σχεδιασμένα μικροβιώματα φυτών προστατεύουν τις καλλιέργειες από βακτήρια.