16. juni 2011

Interview med genetiker, Thomas Didion

Thomas Didion deltager i et internationalt forskningsprojekt, hvor man vil undersøge, om man kan genmodificere græs på en sådan måde, at køer udleder mindre metan, når de spiser det. Metanudledninger fra køer står for 3-4 procent af den samlede globale påvirkning af klimaet.

Thomas Didion er genetiker ved virksomheden DLF-Trifolium, en internationalt førende producent af græsfrø, hvor man forsker i forædling af græs, blandt andet til foder til køerne.

Herunder kan du se, hvordan Thomas gør, når han genmodificerer en plante. Hvis du foretrækker det, kan du i stedet læse om det nedenfor.

Thomas Didion: Traditionel forædling af græsser er ret besværlig, og man bruger mange kræfter og meget tid på at udvikle bedre sorter. Ved hjælp af genteknologi kan man mere præcist og målrettet forbedre græsserne, og derfor var vores virksomhed selvfølgelig interesseret i at tage teknologien i brug.

I fremtiden kan det blive presserende at finde frem til græssorter, der kan modstå klimaforandringerne. Problemet med almindelig græsforædling er, at det tager minimum 15 år, før man opnår en ny sort med en forbedret egenskab. Så hvis jeg starter i dag, kan jeg først sælge en ny, forbedret græssort 15 år ude i fremtiden. Der kan det være for sent. Man kan gøre det lidt hurtigere og mere præcist ved hjælp af genmodifikation - dog ikke med de nuværende lovkrav til risikovurdering, som gør det svært for en virksomhed som vores at bruge genteknologi til udvikling af nye produkter.

Metanudslip grafik

Metanudslip. Metanudslippets andel af påvirkningen af klimaet. Metanudslip er vist med blå.

Hvad er idéen i jeres forskningsprojekt?

Thomas Didion: Vi er med i et europæisk forskningsprojekt, hvor vi forsøger at fremavle græssorter, der lettere kan fordøjes af køer. Derved kan de måske producere mere mælk eller kød, fordi køerne kan optage mere af energien i foderet. Men en anden konsekvens kan være, at de udleder mindre metan (en gas der er en mere end 20 gange kraftigere drivhusgas end CO2) fra deres fordøjelse.

Samtidig er der ved at opstå et nyt marked for biobrændsel, hvor man forsøger at erstatte fossile brændsler med energi udvundet fra afgrøder som fx græs. Man kan fx lave planter om til etanol, en slags sprit. Det ville være godt for klimaet, hvis vi kunne erstatte en del af olien og de fossile brændsler med biobrændsler, fordi græs og andre planter er fornyelige. Det skal forstås sådan, at planterne optager CO2 fra luften, når de vokser op, i samme mængde, som de afgiver, når de afbrændes - de er "CO2-neutrale". Hvis man hele tiden genplanter, vil den CO2, der udskilles, blive optaget igen af de nye planter.

Så både af hensyn til køernes metanudledning og fremstilling af biobrændsel ville vi gerne ændre på planternes sammensætning. Men i begge tilfælde er cellevæggens genstridighed et problem, for man kan ikke på nuværende tidspunkt få tilstrækkelig med bioetanol ud af planterne til, at produktionen kan konkurrere prismæssigt. Etanolen skal udvindes ved, at man omsætter plantens fibre til sukkermolekyler, som mikroorganismer kan lave om til sprit såsom etanol.

Cellevæg

Cellevæggen. De enkelte plantecellers cellevæg er det, der giver planter den stivhed, der skal til, for at de kan stå oprejst. Det er fx cellevægge, man brænder af, når man smider en brændeknude i brændeovnen, og som man laver møbler af.

Cellevæggen er opbygget af forskellige strukturer, blandt andet cellulosefibre, der består af lange kæder - polymerer - af sukkermolekyler, og de mere genstridige polymerer hemicellulose og lignin. De forskellige polymerer ligger på kryds og tværs i cellevæggen og er bundet sammen med kemiske bindinger, så de danner et robust net.

Vores idé er at forsøge at identificere gener, der koder for enzymer, der kan bryde disse bindinger, og dermed ændre dem på en sådan måde, at cellevæggen bliver mindre genstridig. Enzymerne skal efter afslutningen på plantens vækstperiode kunne aktiveres, så cellevæggen nedbrydes.

Det er lidt en farlig leg, man prøver her, for den stabile cellevæg tjener naturligvis en vigtig funktion i planter. Cellevæggen skal give struktur til planten, men den skal også beskytte imod plantesygdomme og svampe. Ligninet er den vigtigste del af cellevæggen i forhold til at holde plantesygdomme væk, idet ligninkæden indeholder nogle kemiske substanser, der er giftige for mikroorganismer og svampe. Derfor er det vigtigt, at man beholder ligninet - altså, man kan ikke lave en cellevæg helt uden lignin, for så vil planten ikke rigtigt vokse mere. I forsøg, hvor man har lukket for ligninbiosyntesen, vokser planterne ikke godt. De kan ikke vokse oprejst, så de ligger der og har ikke nogen struktur og er meget modtagelige for sygdomme. Så en vigtig del er at finde den rigtige balance - det vil sige, man gør cellevæggen nemmere nedbrydelig, men stadig væk sådan, at den beskytter planten imod sygdomme.

GMO og etik

Måske kan genmodifikation bruges til at sænke køers udledning af metan. Hvad findes der af andre måder at sænke udledningen af drivhusgasser? Kan nogle siges at være mere etisk holdbare end andre? Læs mere i interview med to etikere.

Cellevæggens opbygning er variabel i forskellige planter, man finder i naturen. Man kan også ved hjælp af traditionel forædling finde frem til planter med en lidt nemmere nedbrydelig cellevæg. Uanset teknik er det skidt, biologisk set, at cellevæggen bliver mere nedbrydelig. Men ved hjælp af genmodifikation kunne man gøre det sådan, at cellevæggen er meget stabil igennem livsfasen af planten, men når man høster den, kunne man aktivere nogle gener, man har introduceret i GM-planten, som gør cellevæggen mere nedbrydelig. Så først i slutfasen, når planten er høstet eller i den seneste udviklingsfase, vil man aktivere de gener, som sørger for, at plantens cellevæg bliver nedbrudt. Det vil bibeholde plantens almindelige vækst ude på marken og modstand imod sygdomme. Samtidig bliver det nemmere, senere, i enten koens mave eller på bioethanolfabrikken, at bruge kulhydraterne i cellulosen til at lave ethanol eller biogas.

Hvordan gør I, når I skal have indsat et nyt gen i en plante?

Thomas Didion: I vores opsætning er udgangspunktet for transformationen et umodent plante-embryon fra græsfrø, det vil sige den del af frøet, der indeholder den befrugtede ægcelle - embryonet. Man skærer frøet op med en skalpel, isolerer planteembryonet og sætter det over på nogle næringsmedier, der er tilsat plantehormoner. Hormonerne sørger for, at cellerne ikke danner en græsplante, men en udifferentieret celleklump, en kallusklump. Cellerne er ikke specialiseret på dette stadium og ved ikke, om de er rodceller eller bladceller eller noget tredje - de vokser bare som udifferentierede celler, en slags plante-stamceller. Det er sådan nogle celler, man bruger til at introducere nyt DNA i ved hjælp af Agrobacterium-transformation.

Agrobacterium tumefaciens har fra naturens hånd et ekstra, ringformet DNA-kromosom, et plasmid. Visse Agrobacterium-stammer har et såkaldt Ti-plasmid, hvor Ti står for "tumor inducing" (det vil sige knude- eller "galle"-fremkaldende). Når disse bakterier lever i jord, og kommer i nærheden af nogle planterødder, så kan de via kemiske signaler genkende, om det er en plante, de er interesserede i at vokse ind i. De er nu i stand til at indføre en streng af deres eget DNA i værtsplanten, som får planten til at producere en masse mad til bakterien. Bakterien er altså en slags parasit på planten.

Vi kan udnytte evnen til at overføre DNA til planteceller ved at udskifte Ti-DNAet med det DNA, vi ønsker at indsætte - det kunne fx være et eller flere gener, der gør planten mere tolerant overfor tørke. Man indsætter samtidig et selektionsgen, som gør de celler, der optager DNAet, resistente overfor et bestemt ukrudtsmiddel. Det gør det nemt at afgøre, hvilke celler, der har optaget DNA-sekvensen, for kun disse celler overlever, når man dyrker cellerne på et næringsmedium, der også indeholder ukrudtsmiddel.

Efter tre måneders selektion skifter man næringsmedium ud med et, der indeholder en anden blanding af plantehormoner. Det gør, at de udifferentierede celleklumper differentierer sig og laver blade og rødder. Gradvis skal de have større beholdere at vokse i, men herbicidpåvirkningen fastholdes, så kun de planter, der er transformeret, vokser videre.

Nu kan man være ret sikker på, at planterne er transformeret, men knap så sikre på, om transgenet også er blevet overført og fungerer, som det skal. Når planterne har vokset sig store, starter derfor en omfattende molekylær analyse, for eksempel af hvilke proteiner, cellerne udtrykker. Derefter venter et omfattende og tidskrævende arbejde med at gennemføre en risikovurdering af planten. Blandt andet skal det vurderes, om genet nedarves og udtrykkes stabilt over flere generationer og i forskellige miljøer. Så man kan sige, at selve plantetransformationen kun lige udgør starten på lanceringen af en genmodificeret plante.

SE OGSÅ: Er GMOer risikable? Læs introduktionen her.

Hvad kan man forvente, at vi kommer til at se af "klimavenlige" GMOer inden for de kommende 20 år?

Thomas Didion: Det er ikke helt enkelt at sige. I starten, for omkring 12 år siden da vi startede med at udvikle GM-græsser, forestillede vi os nok, at det var nemmere, end det faktisk viste sig at være. Vi ledte efter gener, vi troede på, var vigtige. Dem har vi også fundet, og så har vi introduceret generne og testet græsserne, og det har fungeret fint i nogle tilfælde, men i mange andre tilfælde gjorde det ikke.

Med min viden om, hvor lang tid det tager at udvikle nye GM-planter, vil jeg tro, at der i de næste 20 år helt sikkert lanceres nye GM-græsser til energiformål. Det vil i første omgang blive majs [majs tilhører græs-familien, red.], fordi majs er den afgrøde, man er længst fremme med at genmodificere, og den er også nemmest at få godkendt i systemet. Så man vil helt sikkert udvikle nogle GM-energimajs allerede inden for 10-15 år. GM-planter kan godt bidrage til energiproduktion, men jeg tror, at det bliver i mindre skala. Om 10-20 år kan der måske produceres 10-15 % af brændstofforbruget ved hjælp af biomasse. Det er i den forbindelse vigtigt, at fødevareproduktionen ikke formindskes som følge af benyttelsen af jord til bioenergiproduktion.

Hvilken rolle kommer DLF-Trifolium til at spille i den udvikling?

Thomas Didion: Hos os her på DLF-Trifolium bruger vi GM-teknologien til at undersøge vigtigheden af bestemte gener for specifikke egenskaber, fx i cellevæggen, men DLF har skrinlagt planen om at markedsføre GM-græsser på grund af de omfattende risikovurderinger, planter skal igennem i Europa, før de kan godkendes til dyrkning. GM-græsfrø kan ikke bære de omkostninger risikovurderingen og godkendelsesproceduren vil kræve i Europa og andre lande.

Opgaver

Når du har læst teksten, kan du prøve at løse opgaverne og se, hvor meget du har lært om GMO.

Enzymer

Enzymer er en form for proteiner, der spiller en helt afgørende biologisk rolle i næsten alle processer i levende organismer.

Læs mere om celler, gener og proteiner i Organismen.

Find flere ordforklaringer i ordlisten.

Plantehormoner

Lige som dig har planter hormoner, der styrer planters vækst og gør, at de fx ikke sætter sidegrene over det hele – men opretholder den orden, der gør, at planten bruger sine ressourcer optimalt.

Agrobacterium tumefaciens

Agrobacterium tumefaciens er en bakterie, der naturligt er i stand til at genmodificere planter. Læs mere om, hvordan der sker.

Biomasse

Biomasse er den "masse", der består af levende organismer. Se flere ordforklaringer i ordlisten.