Technologie CRISPR/Cas9 může zlepšit žádoucí vlastnosti ryb v akvakulturách

21.10.2024 | Petr Žák

Editace genů technologií CRISPR/Cas nabízí slibné řešení různých problémů, kterým čelí odvětví akvakultury. Výzkumníci z Nanjing Agricultural University, Shanghai Ocean University a Chinese Academy of Fishery Sciences v Číně vypracovali komplexní přehled a hodnocení účinnosti, výzev a socioekonomických dopadů aplikací technologie CRISPR/Cas9 v rybářství.

Technologie CRISPR/Cas9 se v současnosti ukazuje jako klíčový nástroj v akvakultuře, nejrychleji rostoucím sektoru potravinové produkce na světě. Ten je čím dál důležitější kvůli rostoucím nárokům na potravinovou bezpečnost v souvislosti s růstem světové populace, změnami klimatu a omezenými zdroji. Tato technologie umožňuje provádět přesné genetické úpravy, které mohou významně zlepšit žádoucí vlastnosti ryb, jako jsou rychlejší růst, lepší kvalita svalové hmoty, vyšší odolnost vůči chorobám, a dokonce i lepší nutriční hodnota. Tyto přínosy přispívají k efektivnější a udržitelnější produkci ryb.

Přehledová studie se zabývá několika klíčovými oblastmi souvisejícími s využitím technologie CRISPR/Cas9 v akvakultuře. Zaměřuje se např. na hlavní zlepšované vlastnosti rybích druhů pomocí editace genomu, konkrétně technikou CRISPR/Cas9, jako jsou zlepšení růstu, kvality svalů, odolnosti vůči nemocem, dále na využití CRISPR/Cas9 při určování pohlaví ryb a jeho vliv na regulaci reprodukce; zároveň jsou však diskutovány i vedlejší účinky a environmentální dopady CRISPR/Cas9 v akvakultuře a socioekonomické dopady rozsáhlého zavádění ryb odolných vůči chorobám, zejména v rozvojových regionech, či vliv „CRISPR-based“ akvakultury na globální obchod s vodními produkty a potravinovou bezpečnost. V neposlední řadě jsou zmíněny i etické otázky a přijetí geneticky modifikovaných (GM) ryb veřejností. 

Pojďme se podívat na některé zmíněné aspekty a konkrétní příklady podrobněji.

Jedním z nejvýznamnějších přínosů technologie CRISPR/Cas9 je zlepšení růstu a svalové hmoty ryb. Gen myostatinu, který přirozeně omezuje růst svalové hmoty, byl upraven pomocí této technologie u několika druhů ryb, včetně sumečka tečkovaného a kapra. U sumce vedlo vyřazení tohoto genu ke zvýšení tělesné hmotnosti o téměř 30 %. Tyto úpravy vedly nejen k intenzivnějšímu růstu ryb, ale i k vyšší efektivitě produkce masa, což je klíčový faktor pro komerční akvakulturu.

Dalším významným přínosem CRISPR/Cas9 je zlepšení odolnosti ryb vůči chorobám. Pomocí genetických úprav se zvyšuje odolnost ryb vůči běžným patogenům v akvakultuře, což vede ke snížení úmrtnosti a vyšší přežitelnosti. Například u lososů se zvýšila odolnost vůči infekční pankreatické nekróze (IPN) a dalším virovým a bakteriálním chorobám. U amura byla zvýšena odolnost vůči reovirům díky vyřazení genu zodpovědného za vstup virů do buněk.

Vedle zlepšení růstu a odolnosti vůči nemocem se CRISPR/Cas9 používá i ke zlepšení nutričních hodnot ryb. Byly provedeny genetické úpravy, které vedly k vyššímu obsahu omega-3 mastných kyselin u druhů, jako je atlantický losos, což zvyšuje nutriční hodnotu těchto ryb pro lidskou spotřebu. Kromě toho byly prováděny úpravy genů, které regulují pohlavní determinaci, což umožňuje lepší kontrolu nad rozmnožováním ryb v akvakulturních farmách, a to včetně tvorby sterilních populací, které mohou přispět k prevenci ekologických dopadů při úniku chovaných ryb do volné přírody.

Ačkoli technologie CRISPR/Cas9 přináší mnoho výhod, je zde také několik výzev, zejména co se týče nežádoucích vedlejších efektů. Ty mohou způsobit neplánované genetické změny mimo cílené oblasti genomu, což by mohlo vést k nepředvídatelným biologickým dopadům. V posledních letech byly ale vyvinuty pokročilé varianty Cas9, které výrazně snížily výskyt těchto nežádoucích úprav tím, že zlepšují přesnost genetických modifikací. Optimalizace designu guide RNA také přispěla ke snížení těchto vedlejších efektů. V kombinaci s novými technologiemi, jako jsou base editory a prime editory, které umožňují přesné úpravy genomu bez nutnosti přerušení dvouřetězcové DNA, se tato rizika dále minimalizují.

Obr.: Použití CRISPR/Cas9 v akvakultuře zahrnuje několik kroků. Nejprve je navržena specifická gRNA, která odpovídá sekvenci cílového genu. Poté se protein Cas9 naváže na cílovou DNA a způsobí dvouřetězcový zlom. Nakonec se zlom opraví.

Další důležitou oblastí, kterou článek rozebírá, je otázka vlivu CRISPR/Cas9 na globální trh s vodními produkty a potravinovou bezpečnost. Úspěšné zavedení CRISPR technologií v akvakultuře by mohlo výrazně zvýšit produkci a dostupnost některých druhů ryb na globálních trzích. Regiony, které budou mít přístup ke CRISPR technologiím, získají konkurenční výhodu na trhu, což by mohlo vést ke změnám v produkčním rozložení a k vzniku nových obchodních bariér, jako jsou regulace a cla, zaměřené na ochranu domácích trhů. Patentování a licencování těchto technologií by navíc mohlo vést k zvýšené koncentraci moci na trhu, kde několik velkých korporací bude kontrolovat přístup ke GM druhům ryb, což může ovlivnit malé producenty v rozvojových regionech.

S technologiemi CRISPR/Cas9 se také pojí otázky sociální a etické. Existují obavy, že jejich přínosy mohou být omezeny na velké producenty v bohatších zemích, zatímco menší farmáři a producenti v rozvojových regionech by mohli být znevýhodněni kvůli vysokým nákladům a omezenému přístupu k těmto inovacím. Kromě toho jsou zde etické otázky spojené s genetickými modifikacemi zvířat, včetně veřejného odporu vůči GMO, otázky spojené s morálním postavením zvířat a potenciálními ekologickými dopady, jako je genetické znečištění volně žijících populací. Proto je nezbytné zavést jasné a transparentní regulační rámce a bezpečnostní protokoly, které zajistí bezpečné a zodpovědné používání této technologie v akvakultuře.

Jedním z klíčových problémů spojených s používáním CRISPR/Cas9 je riziko úniku GM ryb do volné přírody, což by mohlo vést ke genetickému znečištění a narušení ekosystémů. Existují genetické a fyzické bariéry, které mohou pomoci tomuto riziku zabránit, například genetické strategie založené na technologii omezení reprodukce (GURTs), které snižují schopnost GM organismů (GMO) přežít a množit se ve volné přírodě. Kromě toho je důležité zavést dlouhodobé monitorovací programy, které budou sledovat dopady těchto modifikovaných organismů na ekosystémy a umožní včasné zásahy, pokud by se ukázaly negativní ekologické dopady.

V otázkách veřejného přijetí GM ryb je zásadní transparentnost a vzdělávání. Veřejnost je často skeptická vůči GMO, zejména kvůli obavám spojeným s bezpečností potravin, etikou a ekologickými riziky. Vzdělávací kampaně a jasné označování produktů by mohly pomoci zvýšit povědomí veřejnosti a snížit míru nedůvěry. Zároveň je důležité vést otevřený dialog mezi spotřebiteli, vědci, politiky a zástupci průmyslu, aby byly zohledněny obavy všech zúčastněných stran.

Technologie CRISPR/Cas9 nabízí významný potenciál pro zlepšení udržitelnosti akvakultury a zvýšení produkce kvalitních rybích produktů. Aby však byla tato technologie plně využita a zároveň byla minimalizována rizika, je nutné zaměřit se na další výzkum, který zlepší přesnost genetických úprav, sníží vedlejší účinky a zajistí ekologickou a sociální udržitelnost tohoto přístupu. Tímto způsobem může CRISPR/Cas9 skutečně naplnit svůj potenciál a přispět k řešení globálních výzev v oblasti potravinové bezpečnosti a environmentální udržitelnosti.
 

Zdroje:

https://www.mdpi.com/1422-0067/25/17/9299

https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=20548