Ett stort hinder för att tillämpa genteknik för att gynna människor och miljö är risken att organismer vars gener har ändrats kan producera avkomma med sina naturliga motsvarigheter, släppa de nya generna i naturen. Nu, forskare från University of Minnesota's BioTechnology Institute har utvecklat ett lovande sätt att förhindra sådan blandning. Tillvägagångssättet, kallas "syntetisk inkompatibilitet, "gör konstruerade organismer effektivt till en separat art som inte kan producera livskraftiga avkommor med sina vilda eller domesticerade släktingar.

Syntetisk inkompatibilitet har tillämpningar för att kontrollera eller utrota invasiva arter, grödor och sjukdomsbärande insekter samt förhindrar att förändrade gener flyr från genetiskt modifierade grödor till andra växtpopulationer. Resultaten publicerades online i tidningen idag Naturkommunikation .

Tekniken använder en ny klass av molekylära verktyg som kallas "programmerbara transkriptionsfaktorer" som gör det möjligt att kontrollera vilka gener som slås på och vilka gener som stängs av i en organism. Om en konstruerad organism parar sig med en vild motpart, transkriptionsfaktorerna gör att avkomman inte kan överleva genom att aktivera gener som får deras celler att dö.

"Detta tillvägagångssätt är särskilt värdefullt eftersom vi inte introducerar några toxiska gener, "sa Maciej Maselko, en postdoktor från Smanskis laboratorium som utförde arbetet. "Den genetiska inkompatibiliteten beror på att gener som redan finns i organismen slås på på fel plats eller tid."

Forskningen gjordes i öljäst, men det kan eventuellt appliceras på insekter, vattenlevande organismer och växter med en ny genredigeringsmetod som kallas CRISPR-Cas9. "Andra metoder för att kontrollera genflödet, till exempel att störa pollen eller använda en kemikalie för att kontrollera reproduktion i grödor, är mycket artsspecifika och förändrar hur grödorna förökas. Vårt tillvägagångssätt förväntas fungera i praktiskt taget alla sexuellt reproducerande organismer utan att förändra hur de normalt odlas, "sa Michael Smanski, en biträdande professor som ledde studien.

Syntetisk inkompatibilitet kan göra det möjligt att använda grödor för att producera mediciner såväl som mat, foder och bränsle. Det väcker också hopp om att använda genteknik för att kontrollera populationer av invasiva arter eller skadedjur som asiatisk karp i Nordamerika och sjukdomsbärande mygg över hela världen.

Nästa steg, Smanski sa, är att visa att tillvägagångssättet kan fungera i andra organismer än jäst "Vi arbetar med att flytta in i modellfisk, insekter, nematoder och växter, " han sa.

University of Minnesota College of Biological Sciences försöker förbättra människors välfärd och globala förhållanden genom att öka kunskapen om livets mekanismer och förbereda studenterna för att skapa morgondagens biologi.

Video Caption:Live-cell imaging videos visar resultaten av parningsexperiment i jäst. Avkomma från vildtypsjäst (vänster) växer och delar sig för att bilda en mikrokoloni. Hybrida avkommor mellan vildtyp och en "syntetisk inkompatibilitet" -stam (höger) är inte livskraftiga.