Wie CRISPR-Reis zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen könnte

Kann die Gen-Editing-Technologie CRISPR neue Nutzpflanzen hervorbringen, die beim Wachstum zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen? Das hofft eine Gruppe von Forschern mit 11 Millionen Dollar an Fördergeldern der Chan-Zuckerberg-Initiative zu erreichen. Die Mittel fließen in Bemühungen zur Verbesserung von Pflanzen – beginnend mit Reis – und Böden, damit sie Kohlendioxid besser einfangen können. Die Bemühungen, die letzte Woche angekündigt wurden, werden vom Innovative Genomics Institute geleitet, das von der Nobelpreisträgerin und Miterfinderin von CRISPR, Jennifer Doudna, gegründet wurde. „[Jennifer] und ich sah das Klima auf Augenhöhe und wie groß das Problem auf der Welt ist. Und wir wollten einfach nicht mehr an der Seitenlinie sitzen“, sagt Brad Ringeisen, Executive Director des Innovative Genomics Institute (IGI). „Wir wollten einfach nicht mehr an der Seitenlinie sitzen“ Klimaexperten sind sich mit überwältigender Mehrheit einig, dass der einzige Weg, den Klimawandel wirklich zu bekämpfen, darin besteht, die Menge an Treibhausgasemissionen zu reduzieren, die wir in die Luft senden, wenn wir fossile Brennstoffe zu deren Erzeugung verbrennen Elektrizität oder Antriebszüge, Flugzeuge und Autos. Aber die Menschen haben bereits so viel Umweltverschmutzung, die den Planeten erwärmt, in die Atmosphäre geleitet, dass wir auch Wege finden müssen, einen Teil des bestehenden Chaos zu beseitigen und einen noch katastrophaleren Klimawandel zu verhindern. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, sind Pflanzen. Pflanzen nehmen während der Photosynthese auf natürliche Weise ein gemeinsames Treibhausgas, Kohlendioxid, auf. Schließlich übertragen sie diesen Kohlenstoff in den Boden. CRISPR kann verwendet werden, um präzise Änderungen im Genom einer Pflanze vorzunehmen, um gewünschte Eigenschaften zu erzeugen. Es gibt drei Ziele für die Genbearbeitung in der CO2-Entfernungsmission von IGI. Es beginnt mit dem Versuch, die Photosynthese in Pflanzen effizienter zu machen, damit sie noch besser in der Lage sind, so viel CO2 wie möglich einzufangen. Zweitens ist IGI daran interessiert, Pflanzen mit längeren Wurzeln zu entwickeln. Pflanzen übertragen Kohlenstoff durch ihre Wurzeln (sowie aus dem Rest ihres Körpers, wenn sie sterben) in den Boden. Längere Wurzeln können den Kohlenstoff tiefer in den Boden einlagern, sodass er nicht so leicht wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird. Eine ähnliche Anstrengung zur Beeinflussung der Pflanzengene und zur Entwicklung von Nutzpflanzen mit robusteren Wurzeln wird am Salk Institute for Biological Studies unternommen, das 2020 30 Millionen US-Dollar vom Bezos Earth Fund erhielt. Das bringt uns zum dritten Zweig der IGI-Forschung: die Förderung der die Fähigkeit des Bodens, Treibhausgase zu speichern, anstatt sie freizusetzen. Der Boden hält Kohlenstoff normalerweise nicht sehr lange. Es entweicht durch die Atmung der Bodenmikroben beim Abbau von Pflanzenmaterial zurück in die Atmosphäre. Und Techniken, die in der modernen Landwirtschaft verwendet werden, wie die Bodenbearbeitung, beschleunigen diesen Prozess und ermöglichen es dem Boden, mehr von seinem Kohlenstoff zu verlieren. Ein mögliches Ergebnis der CRISPR-Forschung von IGI ist laut Ringeisen ein Produkt, das der Erde zugesetzt werden könnte, um ein Bodenmikrobiom zu fördern, das Kohlenstoff länger hält. Dies sind alles schwere Aufzüge, die noch sehr weit von der Verwirklichung entfernt sind. Dies sind alles schwere Aufzüge, die noch sehr weit von der Verwirklichung entfernt sind. Die 11 Millionen US-Dollar der Chan-Zuckerberg-Initiative finanzieren drei Jahre Forschung, und Ringeisen erwartet „reale Auswirkungen in sieben bis zehn Jahren“. Selbst wenn sie innerhalb dieses Zeitrahmens bei der gentechnischen Veränderung von Pflanzen und Bodenmikroben erfolgreich sind, wird die Skalierung, um einen bedeutenden Einfluss auf das Klima zu haben, immer noch eine große Herausforderung sein. „Pflanzen sind bereits äußerst effiziente Kohlenstofffixierungsmaschinen, die aus Millionen von Jahren der Evolution hervorgegangen sind, daher bin ich noch immer nicht davon überzeugt, dass CRISPR viel dazu beitragen kann, die Kohlenstoffbindung in dem von uns benötigten Ausmaß zu verbessern“, sagt César Terrer, Assistenzprofessor am MIT leitet ein Labor, das sich auf Pflanzen-Boden-Wechselwirkungen konzentriert, schreibt The Verge in einer E-Mail. Terrer ist nicht an dem Projekt beteiligt, aber er war zuvor Fellow an einer der beteiligten Institutionen, dem Lawrence Livermore National Laboratory, „und wenn jemand dies tun kann [it’s] sie“, schreibt er. Dennoch warnt er davor, dass die Konzentration auf Möglichkeiten, die Natur zu manipulieren, um uns beim Klimawandel zu helfen, eine Ablenkung von der dringenderen Notwendigkeit sein kann, die Treibhausgasverschmutzung überhaupt zu reduzieren. Die Landwirtschaft ist bereits für ihren eigenen enormen CO2-Fußabdruck verantwortlich – ein Großteil davon stammt von Vieh und Düngemitteln. Der Reisanbau ist auch ein großer Schuldiger für Methanemissionen, da durchnässte Reisfelder ein ideales Zuhause für methanproduzierende Mikroben sind. IGI arbeitet ebenfalls an diesem Problem und befasst sich erneut mit der Veränderung von Wurzeln und Mikroben im Boden. Das Reisgenom ist laut Ringeisen leichter zu manipulieren als andere Nutzpflanzen, zum Teil, weil es bereits viel untersucht wurde und gut verstanden ist. Eine der an der IGI-Initiative beteiligten Wissenschaftlerinnen ist Pamela Ronald, deren Forschung weithin dafür bekannt ist, dass sie zur Entwicklung von Reissorten führte, die Überschwemmungen viel länger vertragen als andere Arten, wobei eine andere Art der Gentechnik verwendet wird, die eher einer Präzisionszüchtung gleicht. Laut Ronalds Labor an der University of California, Davis, wird dieser Reis heute von mehr als 6 Millionen Bauern in ganz Indien und Bangladesch angebaut. Die Arbeit von IGI endet nicht mit Reis Die Arbeit von IGI endet nicht mit Reis. Laut Ringeisen ist Sorghum ein weiterer erstklassiger Kandidat für die Genbearbeitung, um die Kohlenstoffentfernung zu fördern. Er hofft auch, dass jede neue Sorte, die sie entwickeln, zusätzliche Anreize für die Landwirte mit sich bringen wird, wie z. B. reichere Ernten, die aus einer effizienteren Photosynthese resultieren. Aber das liegt noch ein paar Jahre in der Zukunft. IGI hofft, etwa drei Jahre nach Beginn ihrer Forschung zu CRISPR-Reis mit internationalen Feldversuchen mit Landwirten beginnen zu können.

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