Forscher der Universität Cambridge erhalten 7,5 Millionen Pfund für die Entwicklung programmierbarer Pflanzen Stellen Sie sich eine Pflanze mit völlig neuen Fähigkeiten vor – nährstoffreichere Lebensmittel, Wüstenpflanzen, die Hitze wellen überstehen, oder Blätter, die nützliche Materialien produzieren. Mit neuer ARIA-Finanzierung hoffen Cambridge-Forscher, die Technologie zu entwickeln, um die Züchtung neuer Nutzpflanzen zu beschleunigen und Pflanzen mit neuen Eigenschaften zu versehen, wie Dürfetoleranz, um den Wasserverbrauch zu reduzieren, oder resistente Pflanzen, die Schädlingen und Krankheiten trotzen können. Ihre Forschung hat das Potenzial, die Zukunft der Landwirtschaft zu revolutionieren und einen radikalen neuen Ansatz zur Sicherung der Nahrungsversorgung im Zeitalter des Klimawandels bereitzustellen. Programmierbare Pflanzen – ein großer Sprung in der Pflanzenbiologie „Wir bauen Werkzeuge, um Pflanzen programmierbar zu machen, ähnlich wie Software. Das ist keine Science-Fiction – es ist die Zukunft der Landwirtschaft“, sagte Professor Jake Harris, Leiter der Chromatin- und Gedächtnisgruppe und Projektleiter eines der von ARIA geförderten Projekte. Harris' Team erhält 6,5 Millionen Pfund, um die erste künstliche Pflanzenchromosom in der Welt zu entwerfen und zu bauen. Das Ziel des Synthetic Plants-Programms ist es, künstliche Chromosomen und Chloroplasten zu entwickeln, die in lebenden Pflanzen überleben können. Sollte dies gelingen, wäre es einer der bedeutendsten Fortschritte in der synthetischen Pflanzenbiologie. Das internationale Team besteht aus Kollegen der University of Western Australia, dem Biotechnologieunternehmen Phytoform Labs und der Australian Genome Foundry der Macquarie University. „Unsere Idee ist, anstatt ein bestehendes Chromosom zu modifizieren, es komplett neu zu entwerfen“, erklärte Professor Harris. Er fügte hinzu: „Wir hinterfragen, was Pflanzen für uns tun können. Dieses synthetische Chromosom könnte dereinst helfen, Nutzpflanzen zu züchten, die produktiver, widerstandsfähiger und besser für die Umwelt sind.“ Während künstliche Chromosomen bereits bei einfachen Organismen wie Bakterien und Hefen erfolgreich entwickelt wurden, ist dies der erste Versuch, ein solches Chromosom vollständig neu zu erstellen und in einer Pflanze einzusetzen. Das Projekt wird die Moosart Physcomitrium patens als Entwicklungsplattform nutzen, um ein neues, von Grund auf synthetisches Chromosom zu bauen und zu testen, bevor es in Kartoffelpflanzen übertragen wird. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Nahrungsmittel- und Medizinfertigung im Weltraum sowie für Innenraumlandwirtschaft. Es könnte Wissenschaftlern ermöglichen, Elite-Nutzpflanzen mit Resistenz gegen Krankheiten auszustatten oder sie produktiv in neuen Klimazonen und Umgebungen wachsen zu lassen. Entscheidende Anwendungen in der Landwirtschaft entsperren Das zweite geförderte Projekt, geleitet von Professor Alison Smith und Dr. Paweł Mordaka der Pflanzenmetabolismus-Gruppe, zielt darauf ab, synthetische Chloroplasten zu nutzen, um Pflanzen in der Lage zu machen, Stickstoff zu fixieren und Vitamin B12 zu produzieren. Die Verwendung von Düngemitteln zur Stickstoffversorgung und zur Förderung guter Erträge ist die Hauptursache für landwirtschaftliche Verschmutzung; eine Reduktion dieser Abhängigkeit würde nachhaltigere Nahrungsmittelproduktionssysteme fördern. Dies basiert auf ihrer früheren Arbeit, bei der sie das gesamte Chloroplastengenom für das einfache Einzelleralgen Chlamydomonas reinhardtii entworfen und gebaut haben. Die Cambridge-Forscher erhalten fast 1 Million Pfund, als Teil eines 9-Millionen-Pfund-Grants für dieses Projekt. Sie arbeiten mit einem internationalen Team von Wissenschaftlern aus dem Vereinigten Königreich, den USA und Deutschland zusammen, um diese Technologie zu verwenden, um synthetische Chloroplasten in Kartoffelpflanzen zu bauen. Professor Smith sagte: „Unser Erfolg würde entscheidende Anwendungen in der Landwirtschaft freisetzen, wie Pflanzen, die in der Lage sind, Stickstoff zu fixieren oder essentielle Nährstoffe wie Vitamin B12 zu produzieren. Diese Merkmale haben großes Potenzial, sobald sie in Pflanzen eingebaut werden.“ Sie fügte hinzu: „Es ermöglicht es den Wissenschaftlern, die Grenzen der Genveränderung zu überschreiten und Pflanzen neue Funktionen zu verleihen, von der Reduzierung des landwirtschaftlichen Wasserverbrauchs bis hin zum Schutz von Ernten in unsicheren Bedingungen.“ Eine einzigartige Gelegenheit Die Ambition dieses Projekts liegt außerhalb des Bereichs, den die meisten anderen britischen Finanzierungsinstrumente abdecken. Professor Harris glaubt, dass dies von ARIAs einzigartigem Ansatz zur Entwicklung der Forschungsmöglichkeiten und -ziele gemeinsam mit der Forschergemeinschaft herrührt. Harris sagte: „ARIA organisierte einige Veranstaltungen mit synthetischen Biologen, um zu überprüfen, was am Rand des Machbaren liegt und was als Mondlandung-Ansatz wirklich etwas ändern könnte.“ Er fügte hinzu: „Es ist eine ganz andere Art, die Dinge zu sehen. Wir sind von 'Was möchten wir in der Welt sehen?' zu 'Wie kommen wir dorthin?' übergegangen. Dies hat ein anderes Team und eine andere Denkweise katalysiert.“ „Diese Arbeit führt uns über die Grenzen natürlicher Genome hinaus. Es geht darum, Pflanzen auf molekularer Ebene ganz neue Fähigkeiten zu verleihen.“ Derzeit dauert es in der Regel acht Jahre, um eine neue Nutzpflanzenvariante in Großbritannien zu entwickeln, aber mit dieser neuen Technologie könnte die Entwicklungsdauer auf ein Jahr oder sogar weniger reduziert werden. Die Entwicklungszeit würde dramatisch verkürzt, ähnlich wie die revolutionäre Protein-Faltungstechnologie wie AlphaFold den Prozess der Arzneimittelentwicklung enorm beschleunigt hat. Die synthetische Biologie revolutioniert bereits die Welt der Gesundheitsversorgung und könnte die Landwirtschaft transformieren, wenn sie auf die Anpassung von Pflanzenmerkmalen angewendet wird. Branchenkenner bewerten das Projekt als potenziell durchbrechend und sehen in Cambridge eine führende Institution in diesem Bereich. Die Universität hat sich durch ihre innovative Forschung und Kooperationen einen exzellenten Ruf erworben. Die erfolgreiche Realisierung dieser Projekte könnte nicht nur die landwirtschaftliche Produktion revolutionieren, sondern auch dazu beitragen, globale Herausforderungen wie Klimawandel und Ernährungssicherheit zu meistern.