CRISPR kan gøre planteproteiner lettere at fordøje

Proteiner er essentielle næringsstoffer for både mennesker og dyr, men nogle planter, indeholder proteasehæmmere – naturlige stoffer, der forhindrer kroppens enzymer i at nedbryde proteiner effektivt. 

Når proteiner ikke nedbrydes ordentligt, går en stor del af næringen tabt. Det er især problematisk i dyrefoder, hvor dårligt fordøjede proteiner kan føre til øget udledning af kvælstof til miljøet. Kvælstof, der udvaskes fra landbruget til vandmiljøet, kan bidrage til forurening og iltsvind. Desuden kan dårlig fordøjelse af proteiner mindske udnyttelse af kvælstof i husdyrgødningen og dermed øge udledningen af lattergas fra de marker. 

Hvordan kan CRISPR/Cas9 hjælpe? 

CRISPR/Cas9 er en revolutionerende genredigeringsteknologi, der gør det muligt at fjerne eller modificere specifikke gener i en organismes DNA. 

FAKTA: Hvad er forskellen på genredigering og genmodificering?  Genmodificering involverer indsættelse af fremmede gener i en organismes DNA. Dette kan være gener fra en anden art, hvilket skaber en genmodificeret organisme (GMO). Denne metode har været brugt i mange år til at skabe planter med ønskede egenskaber, såsom resistens mod sygdomme eller forbedret næringsindhold.  Genredigering, derimod, er en helt anden og nyere teknologi, som gør det muligt at foretage præcise mutationer i en organismes eksisterende DNA uden at tilføje fremmede gener. En af de mest kendte metoder til genredigering er CRISPR/Cas9, som kan inducere mutationer på specifikke steder i gener. Dette giver mulighed for mere målrettede og kontrollerede ændringer. Genredigering er en modernisering af den mutationsforædling i planter, der har været udført i årtier.

I dette studie har forskerne anvendt CRISPR/Cas9 til at fjerne gener, der koder for proteasehæmmere i byg. Ved hjælp af både simplex og multiplex CRISPR-redigering skabte de mutanter af planten, hvor de relevante gener blev slået fra. Dette resulterede i proteiner, der var lettere at fordøje, hvilket forbedrede næringsudnyttelsen betydeligt. Det blev samtidig vist at fordøjelsen af tilsat sojaprotein også blev øget. Det vil sige at det ikke kun er plantens egne proteiner, der bliver bedre fordøjet, men potentielt alt det protein som er i f.eks. foderet. 

FAKTA: Hvad er simplex og multiplex CRISPR?   Simplex CRISPR er en metode, der bruges til at lave præcise ændringer i et enkelt gen.   Multiplex CRISPR, derimod, anvendes til komplekse genredigeringer, såsom multi-gen knockout eller store genomiske ændringer. Multiplex CRISPR giver mulighed for omfattende og samtidige ændringer i genomet.

Hvad betyder det i praksis? 

Studiet viser, at når generne bag proteasehæmmerne i byg bliver fjernet, har det en række fordele:  

• Bedre dyrefoder: Dyr, der fodres med disse redigerede afgrøder, kan optage proteinerne mere effektivt og derfor behøver mindre foder for at få den samme næring. 

• Mindre udledning og udvaskning: Når dyrene udnytter mere af proteinet, udleder de også mindre kvælstof i deres afføring. Det er med til at reducere udvaskning af kvælstof til vandmiljøet, ligesom det også kan mindske udledningen af drivhusgasser og ammoniak. 

• Mindre skovrydning: Hvis planteproteiner bliver lettere at fordøje, kan behovet for importeret soja mindskes, hvilket potentielt på langsigt kan reducere skovrydning i Sydamerika. 

Hvordan udførte forskerne eksperimentet? 

Forskerne fokuserede på specifikke proteasehæmmere i byg, herunder chymotrypsinhæmmere og trypsinhæmmere. Ved at anvende CRISPR/Cas9 fjernede de målrettet de gener, der koder for disse hæmmere, og testede derefter, hvor godt proteinerne blev nedbrudt af enzymer sammenlignet med uændrede planter. 

Resultaterne viste, at de genetisk redigerede planter havde en markant forbedret fordøjelighed. Enzymatiske analyser afslørede, at proteinnedbrydningen var signifikant forbedret, hvilket indikerer, at teknologien kan være en effektiv løsning til optimering af foder- og fødevareproduktion. 

Sikkerhed og fremtidige perspektiver 

En vigtig del af forskningen har været at sikre, at CRISPR/Cas9-redigeringen ikke skaber utilsigtede mutationer, som kan påvirke plantens vækst eller ernæringsmæssige værdi. Forskerne gennemførte derfor omfattende genetiske analyser for at verificere, at ændringerne kun fandt sted i de tilsigtede gener. 

Professor Henrik Brinch-Pedersen fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet forklarer: "Denne forskning viser, hvordan vi kan bruge moderne genteknologi til at gøre planteproteiner lettere at fordøje. Det kan både forbedre dyrefoder og mindske landbrugets miljøaftryk." 

Teknologien er stadig på et tidligt stadie, men resultaterne fra Aarhus Universitet tyder på, at CRISPR/Cas9 kan spille en central rolle i fremtidens bæredygtige landbrug. Hvis teknologien godkendes til kommerciel brug, kan den potentielt revolutionere fødevareproduktion ved at gøre planteproteiner mere næringsrige og miljøvenlige. 

“Med denne teknologi kan vi optimere brugen af landbrugsressourcer. Samtidig kan vi sikre en mere bæredygtig produktion af proteiner, der understøtter både dyrevelfærd og miljøet. Vi vil i fremtidige studier fokusere på, hvordan teknologien kan skaleres op og anvendes i andre afgrøder for at maksimere fordelene,” fortæller Henrik Brinch-Pedersen.  

Mere information 

Samarbejdspartnere: Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet. 

Finansiering: Projektet blev finansieret af ReTraQue-projektet, Innovationsfonden Danmark 8055-00038B. NovoCrops-bevillingsnummer NNF19OC005658 finansieret af Novo Nordisk Fonden og BarleyMicroBreed-projektet finansieret gennem Den Europæiske Unions Horizon forsknings- og innovationsprogram under tilskudsaftale nr. 101060057. 

Konfliktinteresse: Ingen 

Læs mere: Publikationen “Simplex and multiplex CRISPR/CAS9-mediated knockout of grain protease inhibitors in model and commercial barley improves hydrolysis of barley and soy storage proteins” er udgivet i Plant Biotechnology Journal. Den er skrevet af Michael Panting, Inger B. Holme, Giuseppe Dionisio og Henrik Brinch-Pedersen.  

Kontakt: Professor Henrik Brinch-Pedersen, Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet. Tlf.: +45 51239017 eller mail: hbp@agro.au.dk