Xi-jun Yin
Dessa köttrika grisar skulle kunna bli de första genmanipulerade djuren som godkänns som människoföda.
Belgian Blue cattle är klumpiga djur som ger ovanligt stora mängder uppskattad, mager nötkött, resultatet av årtionden av selektiv avel. Nu säger en grupp forskare från Sydkorea och Kina att de har skapat en motsvarighet till svin med hjälp av en mycket snabbare metod.
Dessa ”dubbelt muskulösa” grisar skapas genom att störa, eller redigera, en enskild gen – en förändring som är mycket mindre dramatisk än de förändringar som görs vid konventionell genetisk modifiering, där gener från en art transplanteras in i en annan. Som ett resultat av detta hoppas deras skapare att tillsynsmyndigheterna kommer att inta en mild hållning gentemot grisarna – och att rasen kan bli bland de första genetiskt modifierade djuren som godkänns för mänsklig konsumtion.
Jin-Soo Kim, en molekylärbiolog vid Seoul National University som leder arbetet, hävdar att hans genredigeringar bara påskyndar en process som åtminstone i princip skulle kunna ske på ett mer naturligt sätt. ”Vi skulle kunna göra detta genom avel”, säger han, ”men då skulle det ta årtionden.”
Ingen genmanipulerade djur har godkänts för mänsklig konsumtion någonstans i världen, på grund av rädslan för negativa miljö- och hälsoeffekter. Snabbväxande transgena atlantlaxar har i 20 år legat i limbo hos den amerikanska livsmedels- och läkemedelsmyndigheten (se Nature 497, 17-18; 2013).
Kim och hans kollegor är en del av en växande skara forskare som hoppas att genredigering, som kan användas för att inaktivera – eller slå ut – en enskild gen, kommer att undvika detta. Rapporter om tillämpningar av genredigering inom jordbruket inkluderar skapandet av hornlösa nötkreatur. (Horn gör djuren svåra att hantera och bränns för närvarande bort i ett smärtsamt förfarande). Forskare har också konstruerat grisar som är immuna mot afrikansk svinpestvirus.
Nature special: CRISPR
Nyckeln till att skapa de dubbelmuskiga grisarna är en mutation i myostatingenen (MSTN). MSTN hämmar tillväxten av muskelceller, vilket håller muskelstorleken i schack. Men hos vissa nötkreatur, hundar och människor är MSTN störd och muskelcellerna förökar sig, vilket skapar en onormal mängd muskelfibrer.
För att införa mutationen i grisar använde Kim en genredigeringsteknik som kallas TALEN, som består av ett DNA-skärande enzym kopplat till ett DNA-bindande protein. Proteinet leder skärande enzymet till en specifik gen inuti cellerna, i det här fallet i MSTN, som det sedan skär av. Cellens naturliga reparationssystem syr ihop DNA:t igen, men vissa baspar tas ofta bort eller läggs till i processen, vilket gör genen dysfunktionell.
Teamet redigerade fosterceller av gris. Efter att ha valt ut en redigerad cell där TALEN hade slagit ut båda kopiorna av MSTN-genen, överförde Kims medarbetare Xi-jun Yin, forskare inom djurkloning vid Yanbian University i Yanji, Kina, den till en äggcell och skapade 32 klonade smågrisar.
Kim och hans team har ännu inte publicerat sina resultat. Fotografier av grisarna ”visar dock den typiska fenotypen” för djur med dubbla muskler, säger Heiner Niemann, en pionjär när det gäller användningen av genredigeringsverktyg för grisar som arbetar vid Friedrich Loeffler-institutet i Neustadt i Tyskland. Han påpekar särskilt att de har de uttalade bakre musklerna som är typiska för sådana djur.
Yin säger att preliminära undersökningar visar att grisarna ger många av den dubbelmusklade koens fördelar – t.ex. magrare kött och en högre avkastning av kött per djur. Men de delar också vissa av dess problem. Förlossningssvårigheter beror till exempel på smågrisarnas stora storlek. Och endast 13 av de 32 levde till 8 månaders ålder. Av dessa lever två fortfarande, säger Yin, och endast en anses vara frisk.
Istället för att försöka skapa kött från sådana grisar planerar Kim och Yin att använda dem för att leverera sperma som skulle säljas till jordbrukare för avel med normala grisar. Den resulterande avkomman, med en störd MSTN-gen och en normal gen, skulle vara friskare, om än mindre muskulös, säger de. Teamet håller nu på att göra samma experiment med en annan, nyare genredigeringsteknik som heter CRISPR/Cas9. I september förra året rapporterade forskare att de använde en annan metod för genredigering för att utveckla nya raser av dubbelmuskiga kor och dubbelmuskiga får (C. Proudfoot et al. Transg. Res. 24, 147-153; 2015).
Då genredigering är ett relativt nytt fenomen har länderna först nu börjat fundera på hur man ska reglera det i jordbruksväxter och djur. Det finns vissa tecken på att statliga myndigheter kommer att se mildare på det än vad de gör med konventionella former av genetisk modifiering: tillsynsmyndigheter i USA och Tyskland har redan förklarat att ett fåtal genredigerade grödor faller utanför deras ansvarsområde eftersom inget nytt DNA har införlivats i arvsmassan. Men Tetsuya Ishii, som studerar internationell reglering av bioteknik vid Hokkaidouniversitetet i Sapporo, Japan, och som har gjort en internationell jämförelse av regleringen av genetiskt modifierade organismer, säger att genredigering kommer att väcka allt större oro i takt med att den utvecklas på djur.
Kim hoppas kunna marknadsföra den redigerade sperman från grisar till jordbrukare i Kina, där efterfrågan på griskött ökar. Regleringsklimatet där kan gynna hans plan. Kina investerar kraftigt i genredigering och har historiskt sett ett slappt regelverk, säger Ishii. Tillsynsmyndigheterna kommer att vara försiktiga, säger han, men vissa kan komma att undanta genteknik som inte inbegriper genöverföring från de strikta bestämmelserna. ”Jag tror att Kina kommer att gå först”, säger Kim.