Emberi "zsírgént" ültettek a krumpliba, de ami ezután történt, arra senki sem számított!

Amikor 2021-ben egy nemzetközi kutatócsoport tagjai azzal a merész, már-már abszurd ötlettel álltak elő, hogy egy emberi elhízásért felelős ...

Amikor 2021-ben egy nemzetközi kutatócsoport tagjai azzal a merész, már-már abszurd ötlettel álltak elő, hogy egy emberi elhízásért felelős gént ültetnek be növényekbe, maguk sem tudták pontosan, mire számítsanak.

"Őszintén szólva, a legrosszabbra készültünk. Azt hittük, katasztrofális következményei lesznek a beavatkozásnak" – emlékezett vissza később Chuan He, a Chicagói Egyetem kémia professzora, a projekt egyik vezetője. Az eredmények azonban minden várakozást felülmúltak, és olyan tudományos áttörést hoztak, amely alapjaiban változtathatja meg a globális élelmiszer-biztonságot és a klímaváltozás elleni küzdelmet.

Az emberi "zsírgénnel" felvértezett burgonyák és rizsföldek története nemcsak a genetika kiszámíthatatlanságára világít rá, hanem arra is, hogy a legvadabb ötletek mögött olykor a bolygó megmentésének kulcsa rejtőzik.

A világ előtt álló kihívások drámaiak. Évente százezrek halnak meg éhezés miatt szerte a bolygón, és a klímaváltozás súlyosbodásával ez a szám az előrejelzések szerint elkerülhetetlenül növekedni fog. A népességrobbanás és a termőterületek kiszáradása olyan ollót hoz létre, amelyet a hagyományos mezőgazdasági módszerekkel már képtelenség bezárni.

A kutatók korán felismerték, hogy a megoldás a növényekben rejlik. Az emberiségnek élelemre van szüksége a túléléshez, a természetnek pedig fákra és füvekre, amelyek megkötik a szén-dioxidot, csökkentik a globális hőmérsékletet, mérséklik a légszennyezést és gazdagítják a talajt. Függünk a növényektől a mindennapi élet minden területén: a faanyagtól az orvosságokon át az üzemanyagig és a mindennapi táplálékig.

A probléma viszont az, hogy a jelenlegi mezőgazdasági kapacitások és növényfajták mellett a válságjelenségek egyre csak fokozódnak. Olyan megoldásra volt szükség, amely nemcsak a terméshozamot növeli meg radikálisan, hanem ellenállóbbá is teszi a növényeket a szélsőséges időjárási körülményekkel szemben.

A megoldást végül az emberi metabolizmus és az elhízás kutatása során felhalmozott tudás hozta el. Sokan hajlamosak legyinteni, amikor valaki a genetikára fogja a túlsúlyát, ám a tudomány mai állása szerint létezik egy konkrét gén, amely közvetlenül felelős a hízásra való hajlamért.

Ez az úgynevezett FTO gén, amelynek neve nemes egyszerűséggel a "Fatso", azaz dagadt szóból ered – bár a kutatók sietve hozzáteszik, hogy a nevet eredetileg a gén fizikai mérete, nem pedig a hatása miatt kapta. Ez a hatás ráadásul egyáltalán nem elhanyagolható.

Azok a személyek, akik a génnek csupán egyetlen másolatával rendelkeznek, körülbelül harminc százalékkal hajlamosabbak az elhízásra, mint azok, akikből ez hiányzik. Azok esetében pedig, akik két másolatot hordoznak a genomjukban, ez a kockázat már a hetven százalékot is eléri.

Bár az emberi anyagcsere és az elhízás rendkívül összetett folyamat, amelyet legalább nyolcszáz különböző gén egymásra gyakorolt hatása szabályoz, az FTO működési mechanizmusa különösen egyedi. Ez ugyanis az első olyan felfedezett fehérje, amely egy bizonyos mRNS molekula törlésével szabályozza a sejtnövekedést és az anyagcserét.

Ez a gén és az általa kódolt fehérje természetes módon teljesen hiányzik a növényvilágból. A Chicagói, a Pekingi és a Kujcsoui Egyetem kutatóiban éppen ez ébresztette fel a kíváncsiságot: mi történne, ha mesterségesen bejuttatnák ezt a szabályozó elemet a növényi sejtekbe?

A növények növekedése elképesztően komplex folyamat. Számtalan gén és környezeti tényező működik együtt, ráadásul dinamikusan reagálnak a külső változásokra. Egyetlen genotípus radikálisan eltérő eredményeket produkálhat attól függően, hogy hol, mikor és hogyan termesztik.

A növények a mindennapi túlélés során gyakran kénytelenek egyensúlyozni ha fenyegetést észlelnek, például kártevőket vagy szárazságot, feláldozzák a növekedési ütemüket a védekező mechanizmusok javára, vagy éppen energiát raktároznak el a szűkösebb időkre. Emiatt semmilyen előzetes elméleti alapja nem volt annak a feltételezésnek, hogy egyetlen, ráadásul emlősökből származó gén képes lenne egy csapásra, káros mellékhatások nélkül növelni a hozamot.

A kísérlet során az első növény, amely átesett ezen a különleges genetikai transzplantáción, a rizs volt. Laboratóriumi körülmények között az eredmény azonnali és megdöbbentő volt: a módosított rizs háromszor akkora termést hozott, mint a kezeletlen kontrollcsoport. Amikor a kísérleteket kivitték a valódi szántóföldekre, a növekedés mértéke némileg mérséklődött ugyan, de még így is elérte az ötvenszázalékos pluszt mind a terméshozam, mind a teljes biomassza tekintetében.

A kutatók álla azonban nemcsak a mennyiség láttán esett le. A növények sokkal hatékonyabban végezték a fotoszintézist, a gyökérzetük lényegesen hosszabbra és dúsabbra nőtt, és elképesztő ellenállóságot mutattak a szárazsággal szemben. Ahelyett, hogy a drasztikus genetikai beavatkozás összezavarta vagy elpusztította volna a növényi szervezeteket, az FTO gén jelenléte valósággal kilőtte őket a megszokott biológiai korlátaik közül, és a gyökerektől a levelek csúcsáig felpörgette a produktivitásukat.

A következő tesztalany a burgonya volt, amelynél pontosan ugyanezt a kiemelkedő növekedést tapasztalták. Mivel a rizs és a burgonya rendszertanilag teljesen eltérő, egymással rokonságban nem álló fajok, ez a siker azt sugallta, hogy a felfedezett mechanizmus egy univerzális biológiai kapcsolót jelent.

A későbbi kísérletek ezt a feltevést teljes mértékben igazolták. Akár fűféléket, fákat, lúdfüvet, akár salátát láttak el az emberi génnel, a reakció minden esetben megegyezett: a növények gyorsabban, erősebbre és látványosan nagyobbra nőttek, mint normál társaik. A pekingi kutatócsoportot vezető Guifang Jia megerősítette, hogy ez a fenotípusos jellegzetesség konzisztensen megjelent minden egyes növényfajnál, amelyet módosítottak.

A tudományos közösséget leginkább foglalkoztató kérdés természetesen az volt, hogy miért működik ez a rendszer ilyen hibátlanul. Bár a pontos molekuláris folyamatokat még ma is vizsgálják, a kutatók felállítottak egy igen megalapozott elméletet. Mivel az FTO gén, vagy bármilyen hozzá hasonló fehérje nem létezik a növényvilágban, a növények nem rendelkeznek olyan evolúciós védelmi vonallal vagy szabályozó rendszerrel, amely képes lenne blokkolni vagy ellensúlyozni a hatását.

Az FTO gén úgy működik a növényi sejtekben, mint egy korlátok nélkül robbanó bomba: belép a rendszerbe, és szabadon hozzáfér minden olyan növekedési folyamathoz, amelyet a növény saját belső fékrendszere egyébként lassítana.

A felfedezés óta eltelt fél évtizedben a kutatás új szakaszba lépett. A kezdeti célok között szerepelt a technológia méretnövelése és a gyakorlati alkalmazhatóság kiterjesztése. Az elért eredmények bizonyítják, hogy az eljárás valóban széles körben alkalmazható a mezőgazdaságban és az erdészetben egyaránt. Ez a sokszínűség kulcsfontosságú, hiszen a jövőben nemcsak az élelmiszerhiány, hanem a klímaváltozás egyéb közvetett csapásai ellen is védekeznünk kell.

Lehetővé válik például olyan fűfélék létrehozása a sivatagosodással fenyegetett övezetekben, amelyek kibírják a hosszan tartó aszályt, vagy olyan fák nemesítése, amelyek mélyebb gyökérzetük révén ellenállnak a pusztító viharoknak. A potenciális alkalmazási lehetőségek száma szinte végtelen.

Ugyanakkor a kutatók egy másik, alternatív úton is elindultak. Szeretnék elérni ugyanezt a rendkívüli növekedési hatást anélkül, hogy emberi géneket kellene idegen fajokba ültetni. Úgy tűnik ugyanis, hogy a növények már rendelkeznek ezzel a belső szabályozási szinttel, csupán rá kellett jönni, hogyan lehet azt kívülről aktiválni. A cél tehát az, hogy a növények saját, meglévő genetikai állományát ösztönözzék a fékek kiengedésére.

Ez a feladat azonban rendkívül nehéznek bizonyul, mivel a növényi genomok evolúciósan nagyon stabilak, és az FTO génhez hasonló hatékonyságú belső elemet találni szinte a lehetetlennel felérő feladat. Még ha sikerül is tisztán növényi alapokon megismételni a sikert, a gyakorlati bevezetésre éveket kell várni, hiszen generációkon át, valós szántóföldi körülmények között kell bizonyítani a stabilitást és a biztonságot.

Azonban az eddig megtett apró lépések is elegendőek ahhoz, hogy optimizmussal tekintsünk a jövőbe, különösen azok számára, akiknek az étrendje nagyrészt burgonyára, rizsre és zöldségekre épül. Donald Ort, az Illinois-i Egyetem növénybiológusa, aki nem vett részt közvetlenül a munkában, úgy fogalmazott, hogy a kísérlet egy sötétben leadott, vakmerő lövés volt, amely valahogy mégis telibe talált egy olyan célpontot, amelynek létezéséről korábban senki sem tudott.

A tudósok merészsége és a szerencse találkozása egy olyan új korszak kapuját nyitotta meg, ahol az emberi genetika furcsaságai segíthetnek felszámolni az éhezést egy gyorsan változó világban. (1)

(1) - https://www.iflscience.com/back-in-2021