28. september 2010

3. Interview med genetiker, Thomas Didion

Thomas Didion er genetiker og ansat på virksomheden DLF Trifolium, en internationalt førende producent af græsfrø, hvor man forsker i forædling af græs.

Thomas Didion har blandt andet arbejdet med genetisk modifikation af græsser med sigte på at forbedre deres kvalitet og udbytte. I nogle tilfælde har det også givet ophav til græsser med egenskaber, der ser ud til at kunne tackle nogle af de klimaudfordringer, som ikke mindst landmænd globalt set i stigende grad vil blive stillet over for.

Blandt andet kan man ved hjælp af genmodifikation frembringe fodergræs, der er nemmere for køer at fordøje, så de udleder mindre af den kraftige drivhusgas metan; og så græsset nemmere kan omdannes til biobrændstof til erstatning for fossile brændsler. Thomas Didion deltager også i et internationalt forskningsprojekt, der går ud på at optimere græsser ved hjælp af genteknologi.

I dette interview kan du læse om Thomas Didions tanker om:

  1. Genmodifikation vs. traditionel forædling
  2. Forskningsprojektet
  3. Nye gener i planterne
  4. Fremtiden for GMO

1. Genmodifikation vs. traditionel forædling

Hvad er det særlige ved genmodifikation i forhold til traditionel forædling?

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.

Hvad er formålet med jeres forædlingsaktiviteter?

Thomas Didion: Vores formål er at udvikle græsser med højere udbytte, så landmændene får mere ud af marken. Mere græs betyder, at landmanden fx kan fermstille mere mælk eller kød på samme areal.

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.

2. Forskningsprojektet

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 drivhusgas der er 25 gange kraftigere som 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. 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.

Også her 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.

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.

Cellevæg

Cellevæg.

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. Der findes fx en klasse af enzymer, "expansiner", der bryder hydrogenbindingen mellem cellulose og hemicellulose, når cellen skal vokse. De enzymer, som generne koder for, og som sekreteres ud i apoplasten, 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, for ligninkæden indeholder nogle kemiske substanser, der er giftige for mikroorganismer og svampe. Derfor er det vigtigt, at man beholder ligninet - altså, man kan ikke laver 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.

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 bioethanol fabrikken, at bruge kulhydraterne i cellulosen til at lave ethanol eller biogas.

3. Nye gener i planterne

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, isoleret 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 plantestamceller. Det er sådan nogle celler, man bruger til at introducere nyt DNA i ved hjælp af Agrobacterium-transformation eller genkanon.

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". Når disse bakterier lever i jord, og kommer i nærheden af nogle planterødder, så kan de via de såkaldte "vir" gener på TI-plasmidet 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 herbicid. 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 herbicid.

Efter 3 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.

4. Fremtiden for GMO

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.

Vi troede i starten, at finder vi et vigtigt gen, der giver tørketolerance, så vil vi se et kvantespring i vores afgrøder. Men vi har måttet sande, at planter, og liv i det hele taget, er meget komplekst. Jeg ser levende organismer som en stor uro. En plante har måske 30.000-50.000 gener, og de er indbyrdes forbundne som i en stor uro. Man kan altså ikke nøjes med at ændre på ét gen. Hvis jeg tager ét gen ud, eller overeksponerer det, så berører det mange andre dele, jeg skubber forskellige ligevægte, der er i planten, og resultatet er meget komplekst at forstå.

Selv om man har sekventeret visse planters genom, har vi måske kun en idé om, hvad 30 % af genernes funktion er. 70 % ved vi stadig ikke noget om, så det er et meget komplekst system, vi arbejder med, og der skal bedrives masser af forskning, før vi forstår det.

Med min viden om, hvor længe 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 verificere vigtigheden af bestemte gener for specifikke egenskaber, fx i cellevæggen, men DLF har skrinlagt planen om at markedsføre deciderede GM-græsser på grund af de omfattende risikovurderinger, planter skal igennem i Europa, før de kan godkendes til kommerciel anvendelse. GM-græsfrø kan ikke bære de omkostninger risikovurderingen og godkendelsesproceduren vil kræve i Europa og andre lande.

Læs mere