Een belangrijk obstakel voor het toepassen van genetische manipulatie ten behoeve van mens en milieu, is het risico dat organismen waarvan de genen zijn veranderd, nakomelingen kunnen voortbrengen met hun natuurlijke tegenhangers, het vrijgeven van de nieuwe genen in het wild. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het BioTechnology Institute van de Universiteit van Minnesota hebben een veelbelovende manier ontwikkeld om dergelijke kruisingen te voorkomen. De aanpak, genaamd "synthetische incompatibiliteit, " maakt gemanipuleerde organismen effectief tot een aparte soort die niet in staat is om levensvatbare nakomelingen te produceren met hun wilde of gedomesticeerde verwanten.

Synthetische incompatibiliteit heeft toepassingen bij het beheersen of uitroeien van invasieve soorten, gewasplagen en ziektedragende insecten en voorkomen dat veranderde genen ontsnappen uit genetisch gemodificeerde gewassen naar andere plantenpopulaties. De resultaten zijn vandaag online gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

De technologie maakt gebruik van een nieuwe klasse van moleculaire hulpmiddelen, "programmeerbare transcriptiefactoren" genaamd, die het mogelijk maken om te bepalen welke genen worden ingeschakeld en welke genen worden uitgeschakeld in een organisme. Als een gemanipuleerd organisme part met een wilde tegenhanger, de transcriptiefactoren zorgen ervoor dat de nakomelingen niet kunnen overleven door genen te activeren die ervoor zorgen dat hun cellen afsterven.

"Deze aanpak is bijzonder waardevol omdat we geen toxische genen introduceren, " zei Maciej Maselko, een postdoctoraal wetenschapper uit het laboratorium van Smanski die het werk uitvoerde. "De genetische incompatibiliteit is het gevolg van het feit dat genen die al in het organisme aanwezig zijn op de verkeerde plaats of tijd worden ingeschakeld."

Het onderzoek is gedaan in biergist, maar het kan mogelijk worden toegepast bij insecten, aquatische organismen en planten met behulp van een nieuwe techniek voor het bewerken van genen die bekend staat als CRISPR-Cas9. "Andere methoden om de genenstroom te beheersen, bijvoorbeeld stuifmeel verstoren of een chemische stof gebruiken om de voortplanting in gewassen te beheersen, zijn zeer soortspecifiek en veranderen de manier waarop de gewassen worden vermeerderd. Van onze aanpak wordt verwacht dat deze werkt in vrijwel elk seksueel voortplantend organisme zonder de manier waarop ze normaal worden gekweekt te veranderen, " zei Michael Smanski, een assistent-professor die de studie leidde.

Synthetische onverenigbaarheid kan het mogelijk maken om gewassen te gebruiken om zowel medicijnen als voedsel te produceren, voer en brandstof. Het wekt ook hoop op het gebruik van genetische manipulatie om populaties van invasieve soorten of plagen zoals Aziatische karpers in Noord-Amerika en ziektedragende muggen over de hele wereld te beheersen.

De volgende stap, Smanski zei, is om aan te tonen dat de aanpak kan werken in andere organismen dan gist. "We werken aan de overgang naar modelvissen, insecten, nematoden en planten, " hij zei.

Het University of Minnesota College of Biological Sciences wil het welzijn van de mens en de mondiale omstandigheden verbeteren door de kennis van de mechanismen van het leven te vergroten en studenten voor te bereiden op het creëren van de biologie van morgen.

Videobijschrift:Live-cell imaging-video's die de resultaten tonen van paringsexperimenten in gist. Nakomelingen van wildtype gist (links) groeien en delen zich om een ​​microkolonie te vormen. Hybride nakomelingen tussen wildtype en een 'synthetische incompatibiliteit'-stam (rechts) zijn niet levensvatbaar.