Jak vystřihnout nepotřebné geny? Uplatnění v technologii GMO

Podstatná část metod genetického inženýrství je založena na vkládání genů do organismů, které tyto geny přirozeně neobsahují. Takto vznikají geneticky modifikované organismy, známé pod zkratkou GMO. Je ale možné tyto geny zpětně odstranit? Jsme schopni úplně odstranit i geny, které organismus normálně nese? Jak by se toho dalo využít?

V lednu letošního roku publikoval Hong S. Moon a jeho kolegové článek, ve kterém popisuje možné využití specifických endonukleáz (enzymy štěpící DNA) u geneticky modifikovaných rostlin (Moon et al., 2010).

Zatímco v těle rostliny může vnesený gen plnit svou funkci, v pylu je možné vyštípnout jej endonukleázou. Hlavní užitek je v zabránění šíření modifikovaných rostlin v přírodě. Význam této technologie je zřejmý. Pokud by bylo zabráněno přenášení pylu modifikovaných rostlin na rostliny nemodifikované, mohly by být vedle sebe bez rizika „pěstovány na jednom poli“. Přenosu modifikovaného pylu lze zabránit dvěma způsoby. Prvním z nich je již zmíněné přímé odstranění cizorodého genu. Zde je nutné kontrolovat účinnost endonukleázy, která „vytváří“ pyl se standardní genetickou výbavou. Druhou možností je vyštípnutí genu nutného pro fertilitu pylu a jeho „dozrání“. Tato strategie však má nevýhody, k nimž patří i negativní dopad na opylující hmyz, pro který pyl představuje hlavní zdroj potravy.

Dynamickým obdobím prochází vývoj specifických endonukleáz se strukturami nazývanými zinkové prsty (Kim et al., 2009; Beumer et al., 2005; Urnov et al., 2005). Jejich hlavní výhodou je, že je možné genetickým inženýrstvím upravit vlastnosti těchto enzymů tak, aby rozeznávali a štěpili DNA v námi daných místech. Zinkové prsty si lze představit jako jednotky, které se spolu podílejí na vazbě DNA. Pokud je poskládáme různým způsobem nebo měníme jejich složení, mění se i sekvence DNA, kterou rozeznávají a vážou. Uplatnění takto navrhovaných enzymů je shrnuto v článku severokorejské laboratoře Jin-Soo Kima (Lee et al., 2010). Jedním z nejzajímavějších a velmi diskutovaných případů je možnost odstranění genů, které způsobují proliferaci lidských buněk.

O využití endonukleáz s motivy zinkových prstů se uvažuje právě i ve spojení s odstraněním genů pylu GMO rostlin. Především díky vysoké efektivitě vyštípnutí genů, která je nezbytná pro zabránění šíření pylu modifikovaných rostlin.

-MJ-

Použité zdroje:

BEUMER, K., TRAUTMAN, J., BOZAS, A., LIU, J., RUTTER, J., GALL, J. & CARROLL, D. 2008. Efficient gene targeting in Drosophila by direct embryo injection with zinc-finger nucleases. Proc Natl Acad Sci U S A, 105, 19821-6.

KIM, H., LEE, H., KIM, H., CHO, S. & KIM, J. 2009. Targeted genome editing in human cells with zinc finger nucleases constructed via modular assembly. Genome Res, 19, 1279-88.

LEE, H., KIM, E. & KIM, J. 2010. Site-specific DNA excision via engineered zinc finger nucleases. Trends Biotechnol. [Epub ahead of print]

MOON, H., LI, Y. & STEWART, C. J. 2010. Keeping the genie in the bottle: transgene biocontainment by excision in pollen. Trends Biotechnol, 28, 3-8.

URNOV, F., MILLER, J., LEE, Y., BEAUSEJOUR, C., ROCK, J., AUGUSTUS, S., JAMIESON, A., PORTEUS, M., GREGORY, P. & HOLMES, M. 2005. Highly efficient endogenous human gene correction using designed zinc-finger nucleases. Nature, 435, 646-51.