Minikromosomit – Paras tapa kestävään sadonkasvuun?

Maanviljely on ollut olemassa ihmiskunnan sivilisaation ajan. Tänä aikana uudet teknologiat ovat säännöllisesti rikastuttaneet sitä. Tämän seurauksena maatalous on tullut tehokkaammaksi, säästäen aikaa ja kustannuksia. Tämä kehitys on korvannut ihmistyövoiman suurelta osin, ensin eläimillä ja sitten koneilla. Tässä kasvun polussa yksi viimeisimmistä lisäyksistä on ollut minikromosomit-teknologia. 

Mitä minikromosomit-teknologia on?

Minikromosomit ovat solujen sisällä olevia pieniä rakenteita. Nämä rakenteet – vaikka ovatkin kooltaan pieniä – voivat tallentaa suuria määriä tietoa niiden sisällä säilyttämän geneettisen materiaalin avulla. 

Nämä pienet rakenteet ovat tärkeitä maatalouden genetiikolle, koska niitä voidaan käyttää kasvien parantamiseen lisäämällä niihin kymmeniä ominaisuuksia. Esimerkiksi ne voivat tehdä kasveista kuivuutta kestävämpiä tai paremmin typpeä hyödyntäviä. Mielenkiintoista on, että vaikka tällaiset muutokset voivat merkittävästi parantaa satoa, ne eivät muuta kasvin geenejä, mikä johtaa laajempaan hyväksyntään sääntelyviranomaisten ja viljelijöiden keskuudessa. 

Vaikka tarkastelemme minikromosomit-teknologian ominaisuuksia ja erityispiirteitä tarkemmin tulevissa osioissa, meidän on tunnettava sen historia ymmärtääksemme sen tarkoitusta ja tavoitteita paremmin. 

Klikkaa tästä oppiaksesi, miten robotiikka ottaa haltuun maatalouden.

Minikromosomit-teknologian synty lyhyesti

Minikromosomit-teknologia, joka tunnetaan myös nimellä geenipino, syntyi löydöstä, jonka teki Daphne Preuss, yksi maailman menestyneimmistä elintarvike- ja maatalousyrittäjistä. 

Sorrento, Maine, Yhdysvalloissa sijaitseva Daphne Preuss on urallaan kantanut monia rooleja pitkän ja merkittävän uransa aikana. Marraskuusta 2006 joulukuuhun 2018 Preuss toimi Chromatin Inc.:n toimitusjohtajana, joka tunnetaan myös nimellä Future Food as well.

According to Gregory Copenhaver, joka työskenteli Preussin projektissa, jossa hän alun perin työskenteli Arabidopsis thaliana -kasvin, pienen sinapin, kanssa: 

“Daphne löysi mutaation, jonka ominaisuudet mahdollistivat meille geneettisen kartoitustekniikan kehittämisen kasveille. Kehitimme tekniikan sentromeerin tunnistamiseksi, tarkat kromosomit, joihin solu tarttuu siirtäessään niitä jakautumisen aikana. Pystyimme selvittämään, miten voimme itse napata sentromeerin ja käyttää sitä muiden kasvien kanssa työskentelyyn.”

Tämä johti minikromosomit-teknologian kehittämiseen. Jatkossa Copenhaver ja Preuss perustivat yrityksen Chromatin Inc. ja saivat teknologian lisensoitua yritykselle. Tämä on lyhyt tarina minikromosomit-teknologian synnystä. 

Kun meillä on tämä tieto, seuraava itsestään selvä kysymys on, miksi minikromosomit-teknologia sai vauhtia. Aikanaan täytyi olla muita samankaltaisia tutkimuksia, jotka pyrkivät hyödyntämään kasvien geneettistä tietoa paremman sadon ja tuotantomäärän saavuttamiseksi. Copenhaverilla oli siihen vastaus.

Mikä sai minikromosomit-teknologian erottumaan?

Copenhaverin mukaan tiedettiin jo, miten kasveja voidaan muokata lisäämällä geenejä niiden kromosomeihin. Kuitenkin vuosikymmenten ajan olemassa olevat teknologiat kärsivät satunnaisuudesta. Tuloksesta ei ollut varmuutta. 

Vaikka geeni voitaisiin lisätä olemassa olevaan kromosomiin, sen sijoituspaikka voisi vaikuttaa sen toimintaan. Prosessi sisälsi myös riskin häiritä muita geenejä lisäyksen aikana. 

Tämä epävarmuus teki olemassa olevista prosesseista kömpelöitä ja vaikeita toteuttaa. Työskenneltyään tuhansien kasvien kanssa tutkijat onnistuivat vain rajoitetussa määrässä tapauksia, joissa muutos tuotti halutun tuloksen. 

Minikromosomit-teknologia toi varmuutta prosessiin. Copenhaverin mukaan prosessi teki ominaisuuksien siirtämisestä “helpompaa”. Se teki uuden kasvinjalostuksen “nopeammaksi, paremmaksi, edullisemmaksi ja ennustettavammaksi”.

Kuinka pitkälle minikromosomit-teknologia on edennyt?

Minikromosomit-teknologian tutkimus on tähän mennessä tuonut monia mullistavia oivalluksia. Esimerkiksi minikromosomeilla ei ole omia geenejä. Tämä ominaisuus – yhdessä pienen koon kanssa – mahdollistaa niiden toimimisen supervektoreina ulkoisten geenien ilmaisemisessa. Edullisesti ne häiritsevät isäntäkasvin kasvua ja kehitystä vain vähäisesti. 

Minikromosomit pysyvät vakaina mitoosin ja meioosin aikana. Tämä ominaisuus auttaa asennettuja geenejä ilmaisemaan ja siirtymään solusta toiseen, sukupolvelta toiselle. Geenien lisääminen, poistaminen ja korvaaminen minikromosomeissa on yksinkertaista. Kaikki, mitä tarvitaan, on SSR-järjestelmä: Simple Sequence Repeat. 

Minikromosomit-teknologia – sellaisena kuin se on tänään – on hyödyllinen maatalouskäytännöille monin tavoin. Se voi auttaa kehittämään kasvien geenejä, jotka ovat herbicideja kestäviä ja tuholaiskestäviä.

• Ensimmäinen geenityyppi helpottaa rikkakasvien torjuntaa. 
• Toinen geenityyppi vähentää torjunta-aineiden tarvetta, alentaa maatalouskustannuksia ja tekee viljelmistä terveellisempiä. 

Lisäksi tämä teknologia luo pohjan tehokkaammalle geeniteknologialle, jota voidaan soveltaa viljoihin ja kasveihin, jotta niiden sato kasvaa. Sillä on potentiaalia kasvattaa enemmän viljelyksiä samalla määrällä luonnonvaroja. 

Keinochromosomiteknologian ja tehokkaiden geeniasennusmenetelmien kehittäminen, joilla voidaan ennakoivasti kohdistaa ja muokata genomi, on mahdollista jatkuvan innovaation avulla minikromosomit-teknologiassa. 

Mutta miksi meidän täytyy lisätä satoa pitäen kustannukset ja resurssien käyttö samana tai mieluiten alhaisempana? Syy on se, että maailman väestö kasvaa, eikä viljelykelpoista maata ole mahdollista lisätä. Tämä tarjonnan ja kysynnän epäsuhde on se, missä sadonkasvua edistävät teknologiat, kuten minikromosomit, tulevat avuksi. 

Maailman ruoan kysyntä kasvaa

Yhdistyneiden Kansakuntien elintarvike- ja maatalousjärjestön (FAO) esittämän yhteenvetoraportin mukaan maailman väestö saattaa kasvaa yli kolmasosan, eli 2,3 miljardia ihmistä, vuosien 2009 ja 2050 välillä. Tämä aiheuttaisi valtavan ruoan kysynnän. 

Esimerkiksi viljan kysyntä, sekä ihmisravinnoksi että eläinrehuksi, saattaa nousta noin 3 miljardiin tonniin vuoteen 2050 mennessä. Raportti arvioi myös, että 9,1 miljardin ihmisen maailman väestön ruokkiminen vuonna 2050 edellyttäisi kokonaisruokantuotannon kasvua lähes 70 prosenttia vuosien 2005/07 ja 2050 välillä. Kehitysmaissa kasvu tulisi olemaan lähes 100 prosenttia. 

FAO:n mukaan nämä tavoitteet voidaan saavuttaa vain käyttämällä sadonkasvua edistäviä teknologioita. Se toteaa selvästi, että jopa 90 prosenttia viljantuotannon kasvusta täytyy tulla korkeammista sadoista ja lisääntyneestä viljelyintensiteetistä, kun loput tulevat maankäytön laajentumisesta. 

Vaikka viljantuotannon tehokkuuden parantaminen ja sadonkasvun lisääminen on todellisuutta, on myös tarpeen tehdä viljelmistä kestäviä arvaamattomille sääolosuhteille, jotka johtuvat ilmastonmuutoksen sivutuotteena maailmanlaajuisesti. 

Olemme jo nähneet, että minikromosomit-teknologia auttaa tuottamaan kuivuuskestäviä viljelmiä. Kuitenkin näiden viljelmien tuottamiseksi laajamittaisesti maailma tarvitsee yhä enemmän investointeja hallituksilta sekä suurilta monikansallisilta yrityksiltä. Hyvä uutinen on, että tällaisia esimerkkejä on jo olemassa. 

Jos seuraamme Chromatin Inc.:n polkua, jonka se loihtii löytönsä, näemme, että monet suuret globaalit yritykset ovat ilmaisseet kiinnostuksensa sen teknologiaan jo useiden vuosien ajan. Ensin tarkastelemme näitä kiinnostuksen ilmaisua, ja sitten syvennymme näihin yrityksiin ymmärtääksemme niiden mahdolliset ratkaisut tällä alalla.  

• Vuonna 2007 Chromatin myönsi Syngenta Biology Inc.:lle ei-yksinomaisen lisenssin käyttää teknologiaa maissille ja soijapavuilla.
• Syngentan jälkeen yritys solmi myös sopimuksen Dow AgroSciencesin kanssa tutkiakseen minikromosomit-teknologian yhdistämistä Dow’n teknologiaan. 
• Se myös allekirjoitti sopimuksen Bayer Crop Science:n kanssa käyttää teknologiaa sen puuvilla-kasveissa. 

Tarkastelemme nyt näiden kolmen monikansallisen yrityksen toteuttamia merkittäviä sadonkasvua edistäviä kehityksiä, jotka ne ovat tähän mennessä onnistuneesti toteuttaneet. 

1. Syngenta Biology Inc.

Syngenta on jatkanut kasvien kehittämistä siemenominaisuusteknologioilla, jotka ovat tehokkaampia. Syngentan ominaisuuksien muuntamiskiihdytin on lanseerannut maissinsiementuotteita, jotka hyödyntävät huipputeknologioita ja ovat nopeasti markkinoille valmiita. 

Vaikka se on jatkanut teknologioiden, kuten minikromosomit, omaksumista, se on työskennellyt laajasti edistääkseen molekyylibiologian, biokemian, kasvien muuntamisen ja sovelletun genomiikan aloja. Sen tuotteet, kuten Agrisure Artesian, Agrisure Duracade, Agrisure Viptera ja Enogen, ovat tarjonneet luotettavia siementeknologiaratkaisuja, jotka auttavat viljelijöitä suojaamaan satoa arvaamattomalta sateelta sekä tuhoisilta hyönteisiltä ja tuholaisilta.

9. marraskuuta 2023 Syngenta Group ilmoitti taloudellisista tuloksistaan ensimmäiselle yhdeksän kuukaudelle ja vuoden 2023 kolmannelle neljännekselle. Myynti ensimmäisenä yhdeksäntenä kuukautena 2023 oli 24,3 miljardia Yhdysvaltain dollaria, 6 prosenttia vähemmän kuin edellisvuonna. EBITDA oli 22 % alhaisempi kuin vuonna 2022.  

2. Dow AgroSciences

Dow Corporationilla on valikoima viljelyratkaisuja, jotka sisältävät ratkaisuja kasvien kasvun optimoimiseksi resurssien käytön minimoimiseksi. Dow varmistaa, että sen viljelyratkaisut auttavat vähentämään menetyksiä suojaamalla viljelmiä hyönteisiltä, rikkaruohoilta ja taudeilta. Se myös tarjoaa tehokkaan ravinteiden ja veden jakelun samalla kun mahdollistaa torjunta-aineiden synteesin luotettavilla rakennuspalikoilla. 

Dow julkaisi vuoden 2023 kolmannen neljänneksen tulokset 24. lokakuuta 2023. Yritys rekisteröi nettomyynnin 10,7 miljardia Yhdysvaltain dollaria, 24 % vähemmän kuin edellisvuonna. GAAP-voitto per osake oli 0,42 USD, kun taas operatiivinen voitto per osake (EPS) oli 0,48 USD, verrattuna 1,11 USD:iin edellisvuonna ja 0,75 USD:iin edellisessä neljänneksessä.

3. Bayer Crop Science

Bayer Crop Sciences, osa Bayer Globalia, keskittyy innovaatioihin siementen, ominaisuuksien ja kasvin suojelun ympärillä. Sen innovaatiot ovat auttaneet biotekniikan tutkijoita tekemään kohdennettuja parannuksia kasvien DNA:ssa. Sen ratkaisut auttavat hallitsemaan rikkaruohoja sisäänrakennetun herbicidekestävyyden avulla ja auttavat viljelijöitä säilyttämään siementensä geneettisen potentiaalin samalla kun ne kasvavat tehokkaammin ja merkittävästi pienemmällä ympäristövaikutuksella.

Bayerin mukaan kasvin suojelun hyödyt ovat valtavat. Suojelumekanismi turvaa noin 30 prosenttia maailman sadosta, mikä vastaa 550 miljoonaa tonnia ruokaa, joka voisi ruokkia yli 2 miljardia ihmistä. 

Bayerin kasvin suojeluratkaisujen valikoima koostuu herbicideista, fungicideista ja insekticideista. Kaikki sen ratkaisut perustuvat huipputason kemiaan, biologisiin innovaatioihin ja dataohjattuihin kenttätietoihin. Teknologioiden tarkka soveltaminen tuottaa erittäin kehittyneitä siemeniä ja ominaisuuksia. 

Vuonna tilikausi 2022 Bayer Group rekisteröi konsernin myynnin 50,739 miljardia euroa, 8,7 prosenttia enemmän valuutta- ja portfoliokorjattuna. Erikoiserien ennen EBITDA nousi 20,9 prosenttia 13,513 miljardiin euroon.

Minikromosomit-teknologian tulevaisuus

Kasvava väestö, arvaamaton ilmasto ja viljelykelpoisen maankäytön rajoittunut kasvu maailmanlaajuisesti ovat tekijöitä, jotka johtavat yhä kehittyneempien viljelyteknologioiden, kuten minikromosomit, tarpeeseen. Minikromosomit-teknologian lupaavinta puolta on, että se raivaa tietä yhä useammille samankaltaisille teknologioille. 

Saatavilla oleva tutkimus osoittaa, että tehokkaat geneettiset muutokset voivat auttaa kasvia kasvamaan paremmin huolimatta epäsuotuisista olosuhteista. Esimerkiksi maissin sadot ovat kasvaneet 10 %. Ei ainoastaan tuotanto ole lisääntynyt, vaan nämä maissit ovat kehittyneet paremmiksi, kestävämmiksi kuivuudelle, sisältäen enemmän lysiiniä ja parantuneita etanolin tuotantokykyjä. 

Geenitekniikka, joka perustuu teknologioihin kuten minikromosomit, voi torjua perunaputkea samalla kun kemiallisten fungisidien käyttöä voidaan vähentää jopa 90 prosentilla. Perunan viljely vaikuttaa nyt vähemmän ympäristöön, ja tuote sisältää huomattavasti vähemmän mustelmia ja mustia pisteitä. Näiden perunoiden säilyvyys on parantunut, ja kemikaalien vähäisempi käyttö niiden tuotannossa tekee niistä vähemmän haitallisia terveydellemme. 

Ei pelkästään maissi ja perunat, vaan minikromosomit-teknologia parantaa myös arktisten omenoiden, Havaijilla viljeltävien papaijan lajikkeiden, kesäkurpitsan ja kesäkurpitsan (zucchini) tuotantoa. Se on auttanut suojaamaan hedelmiä ruskettumiselta säilyttäen niiden ravintoarvon ja maun. Se on osoittautunut tehokkaaksi ringspot-virusta, keltamosaikkivirusta ja monia muita vastaavia haitallisia lajikkeita vastaan. Se on jopa auttanut kehittämään soijapohjaisia öljyjä, jotka eivät sisällä transrasvoja, jotka ovat haitallisia sydänterveydellemme. 

Kaiken kaikkiaan kasvava kiinnostus innovatiivisiin maataloustekniikoihin, kuten minikromosomeihin, tulee aikaan, jolloin viljelysadon kasvattaminen on maailmanlaajuinen prioriteetti, ja se tehdään kestävästi pienemmällä hiilijalanjäljellä. Tässä minikromosomit-teknologia loistaa kirkkaimmin, sillä se auttaa saavuttamaan molemmat tavoitteet merkittävästi. Siksi on perusteltua odottaa lisää investointeja ja tutkimusrahoitusta tällä alalla tulevina päivinä. 

Klikkaa tästä oppiaksesi, miten suunnitellut kasvimikrobioomit suojaavat viljelmiä bakteereilta.