Proteiner er essentielle næringsstoffer for både mennesker og dyr, men nogle planter, indeholder proteasehæmmere – naturlige stoffer, der forhindrer kroppens enzymer i at nedbryde proteiner effektivt.

Når proteiner ikke nedbrydes ordentligt, går en stor del af næringen tabt. Det er især problematisk i dyrefoder, hvor dårligt fordøjede proteiner kan føre til øget udledning af kvælstof til miljøet. Kvælstof, der udvaskes fra landbruget til vandmiljøet, kan bidrage til forurening og iltsvind. Desuden kan dårlig fordøjelse af proteiner mindske udnyttelse af kvælstof i husdyrgødningen og dermed øge udledningen af lattergas fra de marker.

Hvordan kan CRISPR/Cas9 hjælpe?

CRISPR/Cas9 er en revolutionerende genredigeringsteknologi, der gør det muligt at fjerne eller modificere specifikke gener i en organismes DNA.

I dette studie har forskerne anvendt CRISPR/Cas9 til at fjerne gener, der koder for proteasehæmmere i byg. Ved hjælp af både simplex og multiplex CRISPR-redigering skabte de mutanter af planten, hvor de relevante gener blev slået fra. Dette resulterede i proteiner, der var lettere at fordøje, hvilket forbedrede næringsudnyttelsen betydeligt. Det blev samtidig vist at fordøjelsen af tilsat sojaprotein også blev øget. Det vil sige at det ikke kun er plantens egne proteiner, der bliver bedre fordøjet, men potentielt alt det protein som er i f.eks. foderet.

Hvad betyder det i praksis?

Studiet viser, at når generne bag proteasehæmmerne i byg bliver fjernet, har det en række fordele:

• Bedre dyrefoder: Dyr, der fodres med disse redigerede afgrøder, kan optage proteinerne mere effektivt og derfor behøver mindre foder for at få den samme næring.
• Mindre udledning og udvaskning: Når dyrene udnytter mere af proteinet, udleder de også mindre kvælstof i deres afføring. Det er med til at reducere udvaskning af kvælstof til vandmiljøet, ligesom det også kan mindske udledningen af drivhusgasser og ammoniak.
• Mindre skovrydning: Hvis planteproteiner bliver lettere at fordøje, kan behovet for importeret soja mindskes, hvilket potentielt på langsigt kan reducere skovrydning i Sydamerika.

Hvordan udførte forskerne eksperimentet?

Forskerne fokuserede på specifikke proteasehæmmere i byg, herunder chymotrypsinhæmmere og trypsinhæmmere. Ved at anvende CRISPR/Cas9 fjernede de målrettet de gener, der koder for disse hæmmere, og testede derefter, hvor godt proteinerne blev nedbrudt af enzymer sammenlignet med uændrede planter.

Resultaterne viste, at de genetisk redigerede planter havde en markant forbedret fordøjelighed. Enzymatiske analyser afslørede, at proteinnedbrydningen var signifikant forbedret, hvilket indikerer, at teknologien kan være en effektiv løsning til optimering af foder- og fødevareproduktion.

Sikkerhed og fremtidige perspektiver

En vigtig del af forskningen har været at sikre, at CRISPR/Cas9-redigeringen ikke skaber utilsigtede mutationer, som kan påvirke plantens vækst eller ernæringsmæssige værdi. Forskerne gennemførte derfor omfattende genetiske analyser for at verificere, at ændringerne kun fandt sted i de tilsigtede gener.

Professor Henrik Brinch-Pedersen fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet forklarer: "Denne forskning viser, hvordan vi kan bruge moderne genteknologi til at gøre planteproteiner lettere at fordøje. Det kan både forbedre dyrefoder og mindske landbrugets miljøaftryk."

Teknologien er stadig på et tidligt stadie, men resultaterne fra Aarhus Universitet tyder på, at CRISPR/Cas9 kan spille en central rolle i fremtidens bæredygtige landbrug. Hvis teknologien godkendes til kommerciel brug, kan den potentielt revolutionere fødevareproduktion ved at gøre planteproteiner mere næringsrige og miljøvenlige.

“Med denne teknologi kan vi optimere brugen af landbrugsressourcer. Samtidig kan vi sikre en mere bæredygtig produktion af proteiner, der understøtter både dyrevelfærd og miljøet. Vi vil i fremtidige studier fokusere på, hvordan teknologien kan skaleres op og anvendes i andre afgrøder for at maksimere fordelene,” fortæller Henrik Brinch-Pedersen.