Ερευνητές βρήκαν τρόπο να απομονώσουν το δολοφόνο της σοκολάτας

Μια αλλαγή σε μόλις δύο γράμματα του DNA μείωσε τα ποσοστά της ασθένειας που πλήττει τα κακαόδεντρα κατά περίπου 42% σε εργαστηριακές συνθήκες υποδεικνύοντας έναν πιθανό τρόπο προστασίας της μελλοντικής παραγωγής σοκολάτας.

Η ασθένεια της μαύρης σήψης των καρπών εκτιμάται ότι μειώνει τις αποδόσεις του κακάο κατά περίπου 30% παγκοσμίως απειλώντας τα μέσα διαβίωσης των αγροτών που καλλιεργούν το φυτό από το οποίο παράγεται η σοκολάτα. Οι μεταβολές στις καιρικές συνθήκες και άλλες περιβαλλοντικές πιέσεις δυσκολεύουν ακόμη περισσότερο την παραγωγή. Καθώς εκατομμύρια αγρότες εξαρτώνται από την καλλιέργεια του κακάο οι πιέσεις αυτές προκαλούν ανησυχία για το μέλλον της παγκόσμιας προσφοράς σοκολάτας.

Επιστήμονες από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια ανέπτυξαν μια νέα ποικιλία κακαόδεντρου η οποία παρουσιάζει σημαντικά βελτιωμένη ανθεκτικότητα στην ασθένεια της μαύρης σήψης σε εργαστηριακές δοκιμές. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν γονιδιακή επεξεργασία και παραδοσιακές μεθόδους διασταύρωσης για να ενισχύσουν τις φυσικές άμυνες του φυτού προσφέροντας έναν πιθανό τρόπο περιορισμού των απωλειών χωρίς την εισαγωγή ξένου DNA στο τελικό φυτό. Τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα οδηγούνται πλέον προς δοκιμές στο πεδίο και ενδεχόμενη εμπορική παραγωγή.

«Για τους καταναλωτές η σοκολάτα είναι ένα προϊόν που περιμένουν να βρίσκουν καθημερινά στα ράφια των καταστημάτων. Πίσω όμως από αυτό το προϊόν βρίσκεται μια καλλιέργεια και ένας κλάδος που αντιμετωπίζουν σημαντικές προκλήσεις. Στόχος μας είναι να αναπτύξουμε εργαλεία που θα βοηθήσουν τους καλλιεργητές να συνεχίσουν να παράγουν κακάο με βιώσιμο και κερδοφόρο τρόπο» δήλωσε ο καθηγητής Κηπευτικής Βοτανικής Μαρκ Γκουίτιλναν, εκ των επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.

Η καταγωγή του κακάο από τα τροπικά δάση το καθιστά ευάλωτο

Το κακαόδεντρο είναι ιδιαίτερα ευάλωτο στις περιβαλλοντικές αλλαγές εξαιτίας των συνθηκών μέσα στις οποίες εξελίχθηκε. Με καταγωγή από το τροπικό δάσος του Αμαζονίου το είδος αναπτυσσόταν αρχικά κάτω από την πυκνή φυλλωσιά των τροπικών δασών όπου τα γύρω δέντρα συνέβαλλαν στη διατήρηση σχετικά σταθερών συνθηκών. Σήμερα το κακάο καλλιεργείται σε τροπικές περιοχές της Αφρικής, της Ασίας και της Λατινικής Αμερικής συχνά σε περιβάλλοντα αρκετά διαφορετικά από τον αρχικό του βιότοπο.

«Το κακαόδεντρο εξελίχθηκε σε ένα πολύ σταθερό περιβάλλον τροπικού δάσους. Είναι από πολλές απόψεις ένα ευαίσθητο φυτό. Οι αλλαγές στις βροχοπτώσεις, στη θερμοκρασία και στην υγρασία μπορούν να επηρεάσουν την παραγωγή, ενώ ορισμένες από αυτές τις αλλαγές μπορεί επίσης να αυξήσουν την πίεση από ασθένειες» λέει ο Γκουίτιλναν.

Οι περιβαλλοντικές αυτές πιέσεις προκαλούν ιδιαίτερη ανησυχία, καθώς τα κακαόδεντρα δεν μπορούν να βελτιωθούν γρήγορα μέσω της παραδοσιακής αναπαραγωγής. Ένα δέντρο χρειάζεται περίπου τρία χρόνια για να ωριμάσει και να αρχίσει να παράγει σπόρους ενώ η ανάπτυξη και αξιολόγηση μιας νέας ποικιλίας μπορεί να απαιτήσει δεκαετίες. Στο μεταξύ οι μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες, συμπεριλαμβανομένης της αυξημένης υγρασίας και της μεγαλύτερης αστάθειας του καιρού, μπορούν να δημιουργήσουν ευνοϊκότερο περιβάλλον για παθογόνους μικροοργανισμούς και επιβλαβή έντομα.

«Το κλίμα αλλάζει ταχύτερα από όσο μπορούν να προσαρμοστούν φυσικά αυτά τα δέντρα. Ένας από τους στόχους μας είναι να αναπτύξουμε εργαλεία που θα βοηθήσουν τους βελτιωτές φυτών να ανταποκρίνονται πιο γρήγορα σε αυτές τις προκλήσεις» αναφέρουν οι ερευνητές.

Η τροποποίηση στο DNA

Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Plant Biotechnology Journal» η ερευνητική ομάδα συνδύασε την αλληλούχιση του γονιδιώματος, τη γονιδιακή επεξεργασία CRISPR και τις παραδοσιακές διασταυρώσεις για να αναπτύξει κακαόδεντρα με μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στην ασθένεια της μαύρης σήψης. Η ασθένεια προκαλείται από έναν παθογόνο μικροοργανισμό που μοιάζει με μούχλα προσβάλλει τα φυτά του κακάο και μπορεί να μειώσει σημαντικά τη συγκομιδή.

Οι ερευνητές στόχευσαν ένα γονίδιο με την ονομασία TcNPR3, το οποίο φυσιολογικά λειτουργεί ως ένα είδος «φρένου» στο ανοσοποιητικό σύστημα του φυτού. Τροποποιώντας το συγκεκριμένο γονίδιο, ενεργοποίησαν εν μέρει τη φυσική αμυντική απόκριση του κακαόδεντρου, προσφέροντάς του μεγαλύτερη προστασία απέναντι σε μεταγενέστερες μολύνσεις από παθογόνους μικροοργανισμούς.

Η γενετική αλλαγή ήταν εντυπωσιακά μικρή. Αντί να εισαγάγουν ένα εντελώς νέο σύστημα άμυνας, οι επιστήμονες τροποποίησαν ένα σύστημα που υπήρχε ήδη στο φυτό. Μετά την πραγματοποίηση της γονιδιακής αλλαγής χρησιμοποίησαν παραδοσιακές μεθόδους διασταύρωσης για να απομακρύνουν όλο το διαγονιδιακό υλικό, συμπεριλαμβανομένου του ξένου DNA που σχετίζεται με τον μηχανισμό γονιδιακής επεξεργασίας. Τα φυτά που προέκυψαν διατήρησαν την ωφέλιμη γενετική αλλαγή χωρίς να φέρουν ξένο DNA.

Η διάκριση αυτή έχει σημασία για τον τρόπο με τον οποίο θα ρυθμίζεται η καλλιέργεια των συγκεκριμένων φυτών. Σύμφωνα με τους ερευνητές το κακάο που προέκυψε δεν θεωρείται πλέον γενετικά τροποποιημένος οργανισμός κάτι που συνάδει με τα ρυθμιστικά πλαίσια των ΗΠΑ και της Ευρωπαϊκής Ένωσης τα οποία αντιμετωπίζουν ορισμένα χαρακτηριστικά που προκύπτουν από γονιδιακή επεξεργασία με τρόπο παρόμοιο με εκείνα που παράγονται μέσω συμβατικής αναπαραγωγής.

«Σε μία περίπτωση, αλλάξαμε μόνο δύο βάσεις σε ολόκληρο το γονιδίωμα του φυτού. Από τις περίπου 450 εκατομμύρια βάσεις που διαθέτει, αυτή η μοναδική αλλαγή οδήγησε σε μείωση της ασθένειας κατά περίπου 42% σε εργαστηριακές συνθήκες» εξηγεί ο Γκουίτιλναν.

Το αποτέλεσμα αυτό αποτελεί ενθαρρυντική ένδειξη ότι μια μικρή γενετική τροποποίηση μπορεί να ενισχύσει την άμυνα του κακαόδεντρου απέναντι στις ασθένειες. Ωστόσο οι εργαστηριακές συνθήκες δεν μπορούν να αναπαράγουν πλήρως τις περιβαλλοντικές προκλήσεις που αντιμετωπίζουν τα δέντρα στις γεωργικές εκμεταλλεύσεις, ενώ οι ερευνητές δεν έχουν ακόμη διαπιστώσει αν η ίδια προστασία θα διατηρηθεί και υπό συνθήκες εμπορικής καλλιέργειας.

Οι άμυνες του κακαόδεντρου δοκιμάζονται τώρα στο πεδίο

Οι δοκιμές στο πεδίο βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη, στο πλαίσιο συνεργασιών με το Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ στη Χαβάη και το Πουέρτο Ρίκο. Οι δοκιμές αυτές θα βοηθήσουν να διαπιστωθεί πώς αποδίδουν τα φυτά που έχουν υποστεί γονιδιακή επεξεργασία σε πραγματικές συνθήκες καλλιέργειας, προτού ληφθούν αποφάσεις για την ευρύτερη αξιοποίησή τους.

«Τα φυτά αυτά έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να παρουσιάζουν μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στις ασθένειες. Το επόμενο βήμα είναι να αποδείξουμε την αποτελεσματικότητά τους μέσω δοκιμών στο πεδίο. Εφόσον τα αποτελέσματα των δοκιμών είναι ενθαρρυντικά, οι επόμενες προκλήσεις θα είναι η αύξηση της παραγωγής και η εμπορική διάθεση. Σε αυτό το στάδιο οι εμπορικοί εταίροι μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην προώθηση της τεχνολογίας» λένε οι ερευνητές.

Το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια υπέγραψε πρόσφατα συμφωνία παραχώρησης άδειας εκμετάλλευσης με την AgroNetica, μια εταιρεία βιοτεχνολογίας που ειδικεύεται στο κακάο, με στόχο την προώθηση αυτής της διαδικασίας. Η εταιρεία απέκτησε τα εμπορικά δικαιώματα για τα φυτά που φέρουν τη μετάλλαξη η οποία προσφέρει ανθεκτικότητα στην ασθένεια και σχεδιάζει να συνεχίσει τις δοκιμές, να επεκτείνει την παραγωγή και, τελικά, να διαθέσει βελτιωμένες ποικιλίες κακάο απευθείας στους καλλιεργητές στις χώρες παραγωγής.

Η μετατροπή ενός επιτυχημένου εργαστηριακού πειράματος σε μια καλλιέργεια που οι αγρότες μπορούν να καλλιεργούν με αξιοπιστία απαιτεί πολύ περισσότερα από την απόδειξη ότι η γενετική τροποποίηση λειτουργεί. Τα φυτά πρέπει να υποβληθούν σε πρόσθετες δοκιμές, να παραχθούν σε επαρκείς ποσότητες και να φτάσουν στους καλλιεργητές μέσω εμπορικών δικτύων διανομής. Τα πανεπιστήμια συνήθως δεν διαθέτουν τους πόρους που απαιτούνται για να φέρουν εις πέρας ολόκληρη αυτή τη διαδικασία.

«Χρειάζονται εκατομμύρια δολάρια και πολλά χρόνια για να φτάσει μια νέα ποικιλία καλλιέργειας στα χέρια των αγροτών. Για αυτό είναι τόσο σημαντικές οι συνεργασίες με εταιρείες που είναι πρόθυμες να επενδύσουν στην ανάπτυξη, τις δοκιμές και την εφαρμογή της τεχνολογίας» αναφέρουν οι ερευνητές

Η συμφωνία αποτελεί επίσης σημαντικό ορόσημο για το Πρόγραμμα Μοριακής Βιολογίας του Κακάο του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Πενσιλβάνια. Το πρόγραμμα έχει τις ρίζες του σε μια χρηματοδότηση από τον κλάδο η οποία θεσπίστηκε τη δεκαετία του 1980. Τις επόμενες δεκαετίες, οι ερευνητές του Penn State ανέπτυξαν θεμελιώδη εργαλεία για τη βιοτεχνολογία του κακάο, χαρτογράφησαν σημαντικές γενετικές οδούς και δημιούργησαν ένα από τα κορυφαία ερευνητικά προγράμματα για το κακάο παγκοσμίως.

Οι εξελίξεις αυτές δημιούργησαν την επιστημονική βάση για τη σημερινή έρευνα στη γονιδιακή επεξεργασία. Παράλληλα, καταδεικνύουν γιατί μπορεί να είναι απαραίτητη η διατήρηση ενός ερευνητικού προγράμματος επί πολλά χρόνια προτού οι επιστημονικές ανακαλύψεις μετατραπούν σε πρακτικές γεωργικές τεχνολογίες.

«Χάρη σε αυτή τη μακροχρόνια επένδυση στην έρευνα και στη διατήρηση ενός σταθερού ερευνητικού προγράμματος, έχουμε πλέον την ευκαιρία να φέρουμε τις τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν εδώ, στο εργαστήριο, πιο κοντά στα χέρια των αγροτών. Ο στόχος ήταν πάντα να βοηθήσουμε τους καλλιεργητές κακάο και τον κλάδο. Τώρα έχουμε φτάσει σε ένα σημείο όπου διαθέτουμε έναν συνεργάτη με την απαραίτητη τεχνογνωσία για να μεταφέρει αυτές τις ανακαλύψεις στην πράξη» εξηγούν οι ερευνητές.

Βελτίωση του κακάο πέρα από την ανθεκτικότητα στις ασθένειες

Η ανθεκτικότητα στις ασθένειες είναι μόνο ένα από τα χαρακτηριστικά που οι ερευνητές και οι εμπορικοί φορείς ανάπτυξης νέων ποικιλιών φιλοδοξούν να βελτιώσουν. Η AgroNetica σχεδιάζει επίσης να εισαγάγει και άλλα χαρακτηριστικά από το πρόγραμμα ανάπτυξής της, όπως μεγαλύτερη αντοχή στη ζέστη και στην ξηρασία, μειωμένη συσσώρευση καδμίου και πιο συμπαγή δέντρα, τα οποία θα μπορούσαν να επιτρέψουν την ευρύτερη χρήση μηχανημάτων στην καλλιέργεια. Άλλοι στόχοι περιλαμβάνουν τη συντόμευση του χρόνου μέχρι την πρώτη συγκομιδή ενός δέντρου και την ανάπτυξη ποικιλιών κακάο χωρίς καφεΐνη. Πρόκειται, ωστόσο, για στόχους υπό ανάπτυξη και όχι για αποδεδειγμένα οφέλη των νέων φυτών με ανθεκτικότητα στις ασθένειες, τα οποία καλύπτει η πρόσφατη συμφωνία αδειοδότησης.

Η ερευνητική ομάδα συνεχίζει να μελετά χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την ανθεκτικότητα στην κλιματική αλλαγή και την παραγωγικότητα των καλλιεργειών. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η επιταχυνόμενη βελτίωση φυτών και η γονιδιακή επεξεργασία θα διαδραματίζουν ολοένα σημαντικότερο ρόλο, βοηθώντας τους καλλιεργητές κακάο να ανταποκρίνονται στις περιβαλλοντικές πιέσεις, οι οποίες ενδέχεται να μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της ζωής ενός δέντρου.

«Οι ασθένειες αλλάζουν. Το κλίμα αλλάζει. Οι προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι καλλιεργητές εξελίσσονται διαρκώς. Δεν πρόκειται για ένα πρόβλημα που το λύνεις μία φορά και τελειώνεις. Είναι μια συνεχής προσπάθεια ανάπτυξης καλύτερων φυτών και παροχής νέων επιλογών στους καλλιεργητές. Προσπαθούμε να λύσουμε πραγματικά προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι αγρότες», δήλωσε. «Αν μπορέσουμε να τους βοηθήσουμε να περιορίσουν τις απώλειες, να βελτιώσουν την παραγωγικότητά τους και να προσαρμόζονται ταχύτερα στις μεταβαλλόμενες συνθήκες, τότε αυτό θα είναι το απόλυτο μέτρο της επιτυχίας μας λένε οι ερευνητές που εκτιμούν ότι η επιτυχία της έρευνας θα εξαρτηθεί τελικά από το κατά πόσο αυτές οι εξελίξεις θα μεταφραστούν σε ουσιαστικές βελτιώσεις για τους ανθρώπους που καλλιεργούν κακάο.

Naftemporiki.gr