Minikromosomteknologi – den beste måten å oppnå bærekraftig vekst i avlingsutbytte?

Landbruk som praksis har eksistert så lenge som menneskelig sivilisasjon. Gjennom denne tiden har nye teknologier periodisk beriket den. Som et resultat har landbruk blitt mer effektivt, tids- og kostnadsbesparende. Denne utviklingen så menneskelig arbeidskraft bli erstattet i stor grad, først av dyr og deretter av maskiner. I denne vekstbanen har en av de nyeste tilskuddene vært Minikromosomteknologi. 

Hva er Minikromosomteknologi?

Minikromosomer er små strukturer som finnes i celler. Disse strukturene – selv om de er små i størrelse – kan lagre store mengder informasjon gjennom det genetiske materialet de inneholder. 

Disse små strukturene er avgjørende for landbruksgenetikere da de kan brukes til å forbedre planter ved å legge til dusinvis av egenskaper gjennom dem. For eksempel kan de gjøre plantene mer tørketolerante eller i stand til å utnytte nitrogen bedre. Interessant nok, selv om slike modifikasjoner kan øke avkastningen betydelig, endrer de ikke plantens gener, noe som fører til bredere aksept blant reguleringsmyndigheter og bønder. 

Mens vi i de kommende segmentene vil se nærmere på funksjonene og spesialitetene til minikromosomteknologien, må vi kjenne til dens historie for bedre å forstå dens formål og mål. 

Klikk her for å lære hvordan robotikk tar over landbruket.

Opprinnelsen til Minikromosomteknologi i korte trekk

Minikromosomteknologien, også kjent som gen‑stacking, vokste frem fra en oppdagelse av Daphne Preuss, en av de mest suksessrike mat‑ og landbruksentreprenørene i verden. 

Basert i Sorrento, Maine, USA, har Daphne Preuss hatt mange roller i sin lange og strålende karriere. Fra november 2006 til desember 2018 var Preuss administrerende direktør i Chromatin Inc., også kjent som Future Food. 

Ifølge Gregory Copenhaver, som jobbet med Preuss sitt prosjekt hvor hun opprinnelig arbeidet med Arabidopsis Thaliana, en liten sennepsplante: 

“Daphne fant en mutasjon med egenskaper som gjorde at vi kunne utvikle en genetisk kartleggingsteknikk for planter. Vi utviklet en teknikk for å identifisere sentromeren, det nøyaktige punktet på kromosomene som en celle griper tak i når den må flytte dem under deling. Vi klarte å finne ut hvordan vi selv kunne gripe tak i sentromeren og bruke den til å arbeide med andre planter.”

Dette var det som førte til utviklingen av minikromosomteknologien. Videre grunnla Copenhaver og Preuss selskapet Chromatin Inc. og fikk teknologien lisensiert til selskapet. Og dette er den korte historien bak opprinnelsen til minikromosomteknologien. 

Med denne informasjonen i hånden er det neste spørsmålet som naturlig kommer til tankene hvorfor minikromosomteknologien fikk momentum. Det må ha vært annen lignende forskning på den tiden som vurderte å utnytte plantegenetikk for bedre avkastning og produksjonsvolum av avlinger. Copenhaver hadde et svar på det. 

Hva gjorde minikromosomteknologien fremtredende?

Ifølge Copenhaver var det allerede kjent hvordan man kunne endre planter ved å sette inn gener i deres kromosomer. Imidlertid led teknologiene som eksisterte i flere tiår av tilfeldighet. Det var ingen sikkerhet for hva resultatet ville bli. 

Selv om genet kunne settes inn i en eksisterende kromosom, kunne landingsposisjonen påvirke funksjonen. Prosessen bar også risiko for å forstyrre andre gener under innsettingsprosessen. 

Denne usikkerheten førte til at eksisterende prosesser ble tungvinte og vanskelige å gjennomføre. Etter å ha jobbet med tusenvis av planter, kunne forskerne bare lykkes i et begrenset antall tilfeller hvor endringen ga ønsket resultat. 

Minikromosomteknologien brakte sikkerhet til prosessen. Ifølge Copenhaver gjorde prosessen det “lettere å overføre egenskaper.” Den gjorde ny planteavl “raskere, bedre, billigere og mer forutsigbar.”

Hvor langt har minikromosomteknologien kommet?

Forskning på minikromosomteknologi har så langt ført til mange opplysende innsikter. For eksempel har minikromosomer ingen egne gener. Denne egenskapen – sammen med den lille størrelsen – gjør at minikromosomer fungerer som supervektorer for å uttrykke fremmede gener. Fordelen er at de i denne prosessen forstyrrer vertens vekst- og utviklingsmønstre minimalt. 

Minikromosomene forblir stabile under mitose og meiose. Denne egenskapen hjelper innbygde gener å uttrykkes og overføres fra celle til celle, fra en generasjon til den neste. Å legge til, slette og erstatte gener i minikromosomer er enkelt. Alt som kreves er et SSR‑system: Simple Sequence Repeat. 

Minikromosomteknologi – slik den er i dag – er nyttig for våre landbrukspraksiser på flere måter. Den kan bidra til å utvikle plantgener som er herbicidtolerante og skadedyrresistente. 

• Den første gen‑typen letter bekjempelse av ugress. 
• Den andre typen reduserer behovet for pesticider, senker landbruksutgiftene og gjør avlingene sunnere. 

Videre forbereder denne teknologien bakken for mer effektiv genetisk engineering av avlinger og planter slik at avkastningen øker. Den har potensial til å dyrke flere avlinger med samme mengde naturressurser. 

Utviklingen av kunstig kromosomteknologi og effektive gen‑samlingsmetoder for å målrettet redigere genomer er mulig ved kontinuerlig innovasjon innen minikromosomteknologi. 

Men hvorfor trenger vi å øke avkastningen mens kostnader og ressursbruk holdes samme eller helst lavere? Det er fordi den globale befolkningen øker, og det dyrkbare jordarealet vi har til disposisjon kan ikke økes. Dette misforholdet mellom tilbud og etterspørsel er hvor avkastningsøkende teknologier som minikromosomer kommer til unnsetning. 

Den globale etterspørselen etter mat vil øke

Ifølge sammendragsrapporten presentert av Food and Agriculture Organization of the United Nations, kan verdens befolkning vokse med over en tredjedel, eller 2,3 milliarder mennesker, mellom 2009 og 2050. Dette vil føre til en enorm etterspørsel etter mat. 

For eksempel kan etterspørselen etter korn, både til mat og dyrefôr, nå omtrent 3 milliarder tonn innen 2050. Rapporten anslår også at for å mette en global befolkning på 9,1 milliarder i 2050, må den totale matproduksjonen økes med nesten 70 prosent mellom 2005/07 og 2050. I utviklingsland bør veksten nesten dobles. 

FAO mener at disse målene kun kan oppnås ved å implementere avkastningsforbedrende teknologier. De uttaler tydelig at opptil 90 prosent av veksten i avlingsproduksjon må komme fra høyere avkastning og økt avlingsintensitet, mens resten skal komme fra utvidelse av dyrkbar jord. 

Mens forbedring av effektiviteten i avlingsproduksjon og økning av avkastningsraten er en realitet, er det også nødvendig å gjøre avlinger motstandsdyktige mot uforutsigbart vær som følge av klimaendringer verden over. 

Vi har allerede sett at minikromosomteknologi hjelper med å produsere tørkeresistente avlinger. For å produsere slike avlinger i større skala, trenger verden stadig mer investeringer fra både regjeringer og store multinasjonale selskaper. Det positive er at slike eksempler allerede finnes. 

Hvis vi følger sporet Chromatin Inc. opprettet med sin oppdagelse, vil vi se at mange store globale selskaper har vist interesse for teknologien i flere år. Først ser vi på disse interessene, og deretter vil vi gå dypere inn i disse selskapene for å forstå de relevante løsningene de kan ha på dette feltet.  

• I 2007 ga Chromatin Syngenta Biology Inc. en ikke‑eksklusiv lisens til å bruke teknologien for mais og soyabønner.
• Etter Syngenta inngikk selskapet også en avtale med Dow AgroSciences for forskning på å kombinere deres minikromosomteknologi med Dows teknologi. 
• Det ble også signert en avtale med Bayer Crop‑science for å bruke teknologien i deres bomullsplanter. 

Vi vil nå se på de relevante avkastningsforbedrende utviklingene som disse tre multinasjonale selskapene har gjennomført så langt. 

1. Syngenta Biology Inc.

Syngenta har fortsatt å utvikle avlinger med frøegenskapsteknologier som er mer effektive. Syngentas trait conversion accelerator har introdusert maisfrøprodukter som bruker banebrytende teknologier for raskt å bli klare for markedet. 

Mens de har fortsatt å assimilere teknologier som minikromosomet, har de arbeidet omfattende med å fremme feltene molekylærbiologi, biokjemi, planteomforming og anvendt genomikk. Produktene deres, som Agrisure Artesian, Agrisure Duracade, Agrisure Viptera og Enogen, har tilbudt troverdige frøteknologiløsninger for å hjelpe bønder å beskytte avlingen mot uforutsigbare regnmengder, ødeleggende insekter og skadedyr.

Den 9. november 2023 kunngjorde Syngenta Group sine finansielle resultater for de første ni månedene og tredje kvartal 2023. Salget for de første ni månedene i 2023 var US$24,3 milliarder, ned 6 prosent år‑over‑år. EBITDA var 22 % lavere sammenlignet med 2022.  

2. Dow AgroSciences

Dow Corporation har et spekter av avlingløsninger som inkluderer løsninger for å optimalisere plantevekst samtidig som ressursbruk minimeres. Dow sikrer at deres avlingløsninger bidrar til å redusere tap ved å beskytte avlinger mot insekter, ugress og sykdom. De leverer også en effektiv distribusjon av næringsstoffer og vann samtidig som de muliggjør syntese av pesticider med pålitelige byggesteiner. 

Dow publiserte sine resultater for tredje kvartal 2023 24. oktober 2023. Selskapet registrerte nettoomsetning på US$10,7 milliarder, ned 24 % sammenlignet med samme periode året før. GAAP inntjening per aksje var US$0,42, mens driftsinntjening per aksje (EPS) var US$0,48, sammenlignet med US$1,11 i samme periode året før og $0,75 i foregående kvartal.

3. Bayer Crop Science

Bayer Crop Sciences, en del av Bayer Global, fokuserer på innovasjoner rundt frø og egenskaper samt avlingsbeskyttelse. Innovasjonene deres har hjulpet deres bioteknologiforskere med å gjøre målrettede forbedringer i plantenes DNA. Løsningene deres hjelper med å kontrollere ugress gjennom innebygd herbicidtoleranse og hjelper bønder med å bevare det genetiske potensialet i frøene mens de dyrker mer effektivt med betydelig redusert miljøpåvirkning.

Ifølge Bayer er fordelene med avlingsbeskyttelse enorme. Avlingsbeskyttelsesmekanismen beskytter rundt 30 prosent av avlingene globalt, tilsvarende 550 millioner tonn mat som kan mette mer enn 2 milliarder mennesker. 

Bayers spekter av avlingsbeskyttelsesløsninger omfatter herbicider, fungicider og insektmidler. Alle løsningene deres drives av banebrytende kjemi, biologiske innovasjoner og datadrevne feltinnsikter. Den presise anvendelsen av deres teknologier resulterer i svært avanserte frø og egenskaper. 

I regnskapsåret 2022, registrerte Bayer Group gruppeoplever på 50,739 milliarder euro, opp 8,7 prosent på valutajustert og porteføljejustert basis. EBITDA før spesialposter økte med 20,9 prosent til 13,513 milliarder euro.

Fremtiden for minikromosomteknologi

Voksende befolkning, uforutsigbart klima og mangelen på mulig vekst i dyrkbar jord over hele verden er faktorer som fører til behovet for stadig mer avanserte avlingsproduksjonsteknologier som minikromosomer. Det mest lovende aspektet ved minikromosomteknologien er at den baner vei for flere og flere lignende teknologier som kan dukke opp.

Tilgjengelig forskning viser at effektive genetiske endringer kan hjelpe en plante å vokse bedre til tross for ugunstige forhold rundt den. For eksempel har maisavlinger økt med 10 %. Ikke bare har produksjonen økt, men disse maisene har blitt bedre med større tørketoleranse, høyere lysininnehold og økt evne til å produsere etanol. 

Genetisk engineering, bygget på teknologier som minikromosomer, kan motstå potetblåstikk mens bruken av kjemiske soppmidler reduseres med opptil 90 %. Ikke bare har potetdyrking nå mindre miljøpåvirkning, men produktet har færre blåmerker og svarte flekker. Lagringskapasiteten til disse potetene har økt, og den reduserte bruken av kjemikalier i produksjonen har gjort dem mindre skadelige for helsen vår. 

Ikke bare mais og poteter, men minikromosomteknologien forbedrer også produksjonen av arktiske epler, papayavarianter på Hawaii, sommersquash og zucchini. Den har bidratt til å beskytte frukt mot brunfarging samtidig som næringsverdi og smak bevares. Den har vist seg effektiv mot ringspot-virus, gul mosaikk-virus og mange andre lignende skadelige varianter. Den har til og med bidratt til å utvikle soyabønneoljer som inneholder null transfett, som er skadelig for hjertehelsen. 

Alt i alt kommer den økende interessen for innovative landbruksteknikker som minikromosomer på et tidspunkt da økning av avlingsutbytte er en prioritet globalt, og det også på en mer bærekraftig måte med lavere karbonavtrykk. Dette er hvor minikromosomteknologien skinner sterkest, da den hjelper å oppnå begge deler betydelig. Derfor kan man med rimelig sikkerhet forvente mer investering og forskningsmidler til dette området i de kommende dagene.

Klikk her for å lære hvordan konstruerte plante‑mikrobiomer beskytter avlinger mot bakterier.