„Методот на уредување на геномот не треба да се спротивставува на традиционалните методи на селекција. „Ова е прилично нова алатка“, нагласува шефот на лабораторијата за отпорност на стрес на растенијата Серуски истражувачки институт за земјоделска биотехнологија (VNIISB) Василиј Таранов. – Некогаш хирурзите правеа операции со нож, па се појавија скалпели, па ласери. Сосема различни опции станаа достапни за операцијата. Така, генетскиот инженеринг нуди алатка со која можете да преземете и подобрите нешто, но не поништува или заменува сè што се користело претходно“.
Серускиот истражувачки институт за земјоделска биотехнологија (VNIISB) работи со лабораторија за отпорност на стрес на растенијата, чија работа се изведува во две главни насоки: потрага по гени кои ја одредуваат отпорноста на растенијата на абиотски и биотски стрес и уредување на геномот на култивирани растенија со цел да се зголеми нивната отпорност на стрес. Областа за истражување на научниците вклучува компири и зеленчук на отворено.
Разговараме со шефот на лабораторијата Василиј Таранов и вишиот истражувач Марина Лебедева за тоа кои се карактеристиките и предностите на најновите технологии, какви резултати можат да постигнат и кои проблеми на руските земјоделски производители ги користат за решавање на лабораториските научници.
– Денеска многу се зборува за потребата од забрзување на процесот на селекција. Се верува дека методот на уредување на геномот го овозможува тоа. Ова е вистина?
В.Т.: Би било поправилно да се каже дека биотехнолошките методи помагаат не толку да се забрза селекцијата колку да се прошират способностите на научниците. Процесот на работа на сорта сè уште останува прилично долг, бидејќи зборуваме за растенија кои имаат одреден животен циклус.
Но, станува возможно специјалистите да добијат резултати што би било исклучително тешко (ако не и невозможно) да се постигнат со користење на традиционални методи на одгледување.
Со помош на геномско уредување, можеме намерно да воведеме мутација која директно влијае на специфична карактеристика на сортата, додека остатокот од комплексот економски вредни особини ќе го задржиме непроменет.
М.Л.: Замислете дека сакаме да воведеме ген за отпорност од див компир во нашата култивирана сорта користејќи традиционални методи на размножување. За да го направите ова, одгледувачот врши серија вкрстувања на „дивјакот“ со одредени културни линии. Проблемот е што заедно со генот за отпор, сите други „диви“ гени се пренесуваат на сортата, што најчесто е крајно непожелно. Генетскиот инженеринг ви овозможува да земете/промените само еден посакуван ген.
– Постои гледна точка дека и покрај фактот што методот на уредување на геномот е познат околу 10 години, тој сè уште не дал забележителни комерцијални резултати.
В.Т.: Ова не е сосема точно. Водечките светски компании за одгледување користат уредување на геном и не го кријат тоа. Но, не знаеме што точно прават и какви резултати добиваат.
Достигнувањата не се рекламираат затоа што е поскапо да се донесе на пазарот растение кое е преработено со методи на генетски инженеринг отколку она што се добива традиционално. И понекогаш тоа е едноставно невозможно да се направи.
Во исто време, многу е тешко да се докаже дека уредувањето на геномот се користело за да се создаде одредена сорта користејќи постојни методи.
За време на тестот, специјалистите ќе бараат маркерска секвенца во геномот на организмот; доколку е присутна, растението ќе биде препознаено како генетски модифицирано. Но, со геномското уредување, ништо не се внесува во геномот, така што ништо не може да се најде.
Промените честопати влијаат не само на еден ген, туку на одредено место во генот, буквално еден нуклеотид, една буква. А преостанатите милијарди букви остануваат такви какви што беа. За да се утврди дека растението е уредено, треба всушност да го прочитате целиот негов геном, со покриеност десет пати повисока од стандардната за да се елиминира грешката. Никој нема да направи толку обемна и многу скапа анализа, а одгледувачот секогаш може да каже дека растението го добил користејќи мутагенеза или традиционална селекција.
- М.Л.: Уредувањето на геномот воопшто, а особено искуството од користењето на овие технологии на растенијата, е прилично скорешна приказна.
Не само затоа што за да промените функција треба да знаете што точно и како да ја уредите. Карактеристиките на растенијата се одредуваат со гени, најчесто збир на гени, од кои мора да се изберат соодветни цели за уредување. Но, разјаснувањето на функциите и регулирањето на специфичните гени кои придонесуваат за особини од интерес бара сложени и често долги студии. Во споредба со животните и луѓето, можеме да кажеме дека не ги познаваме многу од молекуларните механизми на карактеристиките на растенијата (на пример, отпорност, продуктивност итн.) многу добро. Во исто време, геномите на растенијата се поголеми и посложени, што воопшто не ја поедноставува задачата. Сепак, многу е веќе познато преку основните истражувања во биологијата на растенијата, и колку повеќе го разбираме ова, толку повеќе ни се зголемуваат можностите за модификација.
Дополнително, зборуваме за метод кој овозможува да се коригираат одредени карактеристики, но не и да се воведат нови сорти на пазарот, работа на која, и покрај одредено забрзување, сè уште трае со години.
– Дали биотехнолозите прават уредување на гени? Како тие ја одредуваат вистинската насока на работа (целта за уредување)?
В.Т.: Биотехнологот мора да работи во тандем со успешен одгледувач на избраната култура и, идеално, да вклучи други специјализирани производители. Одгледувачот, заедно со земјоделците, ја поставува задачата, одгледувачот помага да се изберат соодветни генотипови. Ние, пак, се консултираме со биохемичари и генетичари, мислиме што можеме да понудиме на оваа основа (неопходните карактеристики не се секогаш доволно проучени од биолошка гледна точка). Гледаме што всушност можеме да направиме, ја извршуваме нашата фаза на работа, ја враќаме добиената линија на одгледувачот и одгледувачот го носи резултатот до сортата.
- Дали уредувањето на геном е скапа технологија?
В.Т.: Трошоците за добивање растение зависи од културата и од тоа дали добиеното растение е уредено или трансгенско.
Ако зборуваме за опрема, тогаш за компанија која веќе се занимава со добивање материјал без вируси и микроклонирање, купувањето опрема и реагенси за уредување на геномот ќе чини релативно мала сума. Пречка за започнување на таква работа можеби не е огромната сума на инвестиции, туку недостатокот на квалификуван персонал. Има многу малку луѓе кои можат да преземат и да извршат ваква специјализирана задача.
И враќање на трошоците: технолошкиот напредок во оваа област е многу брз. Методите на уредување на геномот, да речеме, во 2012 година, кога беше откриен CRISPR/Cas9 (технологија за уредување на геномите на повисоките организми, базирана на имунолошкиот систем на бактерии), и она што го имаме сега се многу различни. Оперативната ефикасност се зголемува од година во година, а трошоците се намалуваат.
М.Л.: Ова може да се спореди со проектот за секвенционирање на човечкиот геном. Првиот човечки геном беше секвенциониран од меѓународен конзорциум 10 години за 2.7 милијарди долари само затоа што таквите технологии беа достапни во 90-тите. Во моментов, секвенционирањето на целосниот човечки геном чини помалку од 1000 долари и трае неколку дена.
– Да продолжиме да зборуваме за вашата лабораторија, дали таа е фокусирана на фундаментална наука или применето истражување?
В.Т.: Се трудиме да ги направиме и двете. Првично приоритет им беше даден на фундаменталните работи, но сега се обидуваме да ги примениме нашите случувања во пракса.
Во моментов, на пример, ги проучуваме механизмите на отпорност на компирот на вирусот Y. Ова е многу фундаментална работа, но ако е успешна, резултатот ќе биде многу интересен за избор на отпорни сорти.
М.Л.: Фундаменталната и применетата наука се тесно поврзани меѓусебно, едната не може да постои без другата. Ако не знаеме како вирусот комуницира со растението, со кои специфични протеини, нема да можеме да ги промениме за да го направиме растението отпорно.
Ние спроведуваме истражување на вирусот Y од 2018 година и сега се приближуваме кон фактот дека во следните неколку години ќе добиеме формула за отпорност, а во иднина и потребниот практичен резултат: растението компир нема да синтетизира вирусни протеини. ќе бидат отпорни на вирусот.
– Дали соработувате со руски одгледувачи/одгледувачи?
В.Т.: За компири, работиме со младата одгледувачка Марија Полјакова, активно комуницираме со експерти од Унијата на компири и одржуваме контакти со Федералниот истражувачки центар за компири што го носи името. А.Г. Лорја. Што се однесува до зелката, ние комуницираме со одгледувачи и одгледувачи на семиња на Рускиот државен аграрен универзитет-Москва земјоделска академија што го носи името. К.А. Тимирјазев од Григориј и Сократ Монахос. И во она што го правиме во оваа област, целосно сме водени од нив.
– И повторно за вирусите. Марина Валериевна, вашиот опсег на научни интереси не го вклучува само вирусот Y. Во 2023 година, добивте грант од Руската научна фондација за да спроведете истражување на проектот „Проучување на вироми на култивирани компири (Solanum tuberosum L.) користејќи методи на секвенционирање со висока пропусност“. Зошто оваа тема е интересна?
М.Л.: Компирите, во поголема мера од многу други растенија, страдаат од вирусни заболувања, бидејќи се размножуваат вегетативно. Вирусите се акумулираат во клубени и се пренесуваат на следните генерации, па затоа вирусното оптоварување постојано расте. Кога велат дека компирот дегенерира, токму за ова зборуваме.
Вирусите не се инертни системи; тие активно комуницираат и со растението домаќин и едни со други. Има случаи кога растение кое е веќе болно со еден специфичен вирус не може да се зарази со друг. И има вируси кои не можат сами да заразат растение; тие дејствуваат само во соработка со други вируси. Неодамна беше објавено дело во кое се опишуваат форми на вируси кои им помагаат на растенијата да ја преживеат сушата. Таков неочекуван премин од паразитизам во мутуализам.
Нема ефективни хемикалии за борба против вирусни заболувања на компирот. За подобрување на неговото здравје, развиени се доста сложени и што е најважно, скапи методи: преку ин витро култура, добивање на микроклубени. Но, резултатот трае само неколку генерации. За да најдете други решенија, треба подетално да ги проучите карактеристиките на вирусите, така што студијата е многу, многу релевантна.
– ГОСТ 33996-2016 „Семе од компир. Технички услови и методи за определување квалитет“ се наведени пет вируси (PVK - X potato virus; SBK - S potato virus; MVK - M potato virus; YBK - Y potato virus; VSLK - leaf curl virus компир) и еден вироид (PSTV – potato spindle tuber viroid). Дали ќе се фокусирате на нив?
М.Л.: Мојот проект има за цел да користи методи со висока пропусност за проучување на оние вироми (збирки на вируси) кои се присутни на компирите во Русија. Ова е интересно и од гледна точка на тоа какви комплекси на различни вируси се наоѓаат на едно растение, и од гледна точка на распространетоста на овие вируси.
Вкупно во светот се познати повеќе од 50 вируси пронајдени на компирите. Оние наведени во ГОСТ се меѓу најопасните, а покрај тоа, тие имаат јасни надворешни знаци. Така, мозаичната некроза е честа манифестација на инфекција со вирусот Y, а присуството на вирусот на виткање на листовите може да се одреди со карактеристичната деформација на сечилата на листовите.
Но, има многу вируси кои не се манифестираат фенотипски, иако можат да имаат ефект и врз културата. Тие ретко се откриваат, но само затоа што не се бараат.
Како пример, можам да ја наведам работата на колегите од Серускиот истражувачки институт за заштита на растенијата (ВИЗР). Во 2019 година, тие објавија статија за откривање на вирусот на компир П во Русија. Претходно се веруваше дека тој се дистрибуира исклучиво во Јужна Америка.
Прашањето е што ќе откриеме ако не гледаме „под уличното светло“ каде што е светло, туку каде што сè уште не сме погледнале.
– Каде ќе го спроведете вашето истражување?
М.Л.: Според условите на грантот, проектот ќе трае две години. Минатата година соработувавме со една фарма за компири во регионот Тула, собиравме материјал, работевме со различни сорти и репродукции. Оваа година ќе одиме во други региони и ќе видиме какви вируси има таму.
Резултатите од студијата ќе бидат сумирани во 2025 година и дефинитивно ќе им кажеме на руските производители на компири за нив.