«Геномды редакциялау әдісі дәстүрлі таңдау әдістеріне қарсы болмауы керек. «Бұл жаңа құрал», - деп атап өтті өсімдіктің стресске төзімділігі зертханасының меңгерушісі Бүкілресейлік ауылшаруашылық биотехнология ғылыми-зерттеу институты (VNIISB) Василий Таранов. – Бір кездері хирургтар пышақпен ота жасап, кейін пайда болды скальпельдер, содан кейін лазерлер. Операцияның мүлдем басқа нұсқалары қол жетімді болды. Сонымен, гендік инженерия сіз бірдеңе алуға және жақсартуға болатын құралды ұсынады, бірақ ол бұрын қолданылғанның бәрін жоймайды немесе ауыстырмайды ».
Бүкілресейлік ауылшаруашылық биотехнологиясы ғылыми-зерттеу институтында (VNIISB) өсімдіктердің стресске төзімділігі зертханасы жұмыс істейді, оның жұмысы екі негізгі бағытта жүзеге асырылады: өсімдіктердің абиотикалық және биотикалық стресске төзімділігін анықтайтын гендерді іздеу және геномды редакциялау. мәдени өсімдіктердің стресске төзімділігін арттыру үшін. Ғалымдардың зерттеу саласына картоп пен ашық жердегі көкөністер кіреді.
Зертхана меңгерушісі Василий Тарановпен және аға ғылыми қызметкер Марина Лебедевамен соңғы технологиялардың ерекшеліктері мен артықшылықтары қандай, олар қандай нәтижелерге қол жеткізе алады және оларды зертхана ғалымдары ресейлік ауылшаруашылық өндірушілерінің қандай мәселелерін шешу үшін қолданып жатқаны туралы әңгімелесеміз.
– Бүгінде іріктеу үдерісін жеделдету керектігі туралы көп айтылып жатыр. Геномды редакциялау әдісі мұны жасауға мүмкіндік береді деп саналады. Дәл солай?
В.Т.: Биотехнологиялық әдістер іріктеуді тездетуге емес, ғалымдардың мүмкіндіктерін кеңейтуге көмектеседі десек, дұрысырақ болар еді. Сортпен жұмыс істеу процесі әлі де ұзаққа созылады, өйткені біз белгілі бір өмірлік циклі бар өсімдіктер туралы айтып отырмыз.
Бірақ мамандарға дәстүрлі өсіру әдістерін қолдану арқылы қол жеткізу өте қиын (мүмкін емес) нәтижелерге қол жеткізуге болады.
Геномдық редакциялаудың көмегімен экономикалық құнды белгілер кешенінің қалған бөлігін өзгеріссіз сақтай отырып, сорттың белгілі бір сипаттамасына тікелей әсер ететін мутацияны мақсатты түрде енгізе аламыз.
М.Л.: Елестетіп көріңізші, біз дәстүрлі өсіру әдістерін қолдана отырып, жабайы картоптың төзімділік генін өсірілетін сортқа енгізгіміз келеді. Мұны істеу үшін селекционер белгілі бір мәдени сызықтармен «жабайы» кресттерінің сериясын орындайды. Мәселе мынада, қарсылық генімен бірге барлық басқа «жабайы» гендер сортқа ауысады, бұл көбінесе өте қажет емес. Гендік инженерия тек бір қажетті генді алуға/өзгертуге мүмкіндік береді.
– Геномды редакциялау әдісі 10 жылдай белгілі болғанымен, әлі айтарлықтай коммерциялық нәтиже бермеді деген көзқарас бар.
В.Т.: Бұл мүлдем дұрыс емес. Дүние жүзіндегі жетекші селекциялық компаниялар геномдық өңдеуді қолданады және оны жасырмайды. Бірақ олардың нақты не істейтінін және қандай нәтиже беретінін білмейміз.
Жетістіктер жарнамаланбайды, өйткені гендік инженерия әдістерімен өңделген зауытты нарыққа шығару дәстүрлі түрде алынған зауытқа қарағанда қымбатырақ. Ал кейде мұны істеу мүмкін емес.
Сонымен бірге геномды өңдеудің қолданыстағы әдістерді пайдалана отырып, белгілі бір сортты жасау үшін қолданылғанын дәлелдеу өте қиын.
Сынақ барысында мамандар ағзаның геномында маркер тізбегін іздейді, егер ол бар болса, өсімдік генетикалық түрлендірілген деп танылады. Бірақ геномдық өңдеу арқылы геномға ештеңе енгізілмейді, сондықтан ештеңе табылмайды.
Өзгерістер көбінесе бір генге емес, гендегі белгілі бір орынға, сөзбе-сөз бір нуклеотидке, бір әріпке әсер етеді. Ал қалған миллиардтаған әріптер сол күйінде қалады. Өсімдіктің өңделгенін анықтау үшін қатені жою үшін стандарттан он есе жоғары қамтумен оның бүкіл геномын оқу керек. Ешкім мұндай көлемді және өте қымбат талдау жасамайды және селекционер әрқашан өсімдікті мутагенез немесе дәстүрлі таңдау арқылы алғанын айта алады.
– М.Л.: Жалпы геномды редакциялау, әсіресе осы технологияларды өсімдіктерде қолдану тәжірибесі - бұл өте жаңа оқиға.
Мүмкіндікті өзгерту үшін нақты нені және оны қалай өңдеу керектігін білуіңіз керек. Өсімдік белгілері гендермен анықталады, көбінесе гендер жиынтығы, олардың ішінен редакциялау үшін қолайлы нысандар таңдалуы керек. Бірақ қызығушылық белгілеріне ықпал ететін нақты гендердің функциялары мен реттелуін түсіндіру күрделі және жиі ұзақ зерттеулерді қажет етеді. Жануарлармен және адамдармен салыстырсақ, біз өсімдік белгілерінің көптеген молекулалық механизмдерін (мысалы, төзімділік, өнімділік т.б.) жақсы білмейтінімізді айта аламыз. Сонымен қатар, өсімдік геномдары үлкенірек және күрделірек, бұл тапсырманы мүлдем жеңілдетпейді. Дегенмен, өсімдіктер биологиясындағы іргелі зерттеулер арқылы көп нәрсе белгілі және біз мұны неғұрлым тереңірек түсінсек, соғұрлым біздің модификациялау мүмкіндіктеріміз артады.
Сонымен қатар, біз белгілі бір сипаттамаларды түзетуге мүмкіндік беретін әдіс туралы айтып отырмыз, бірақ нарыққа жаңа сорттарды енгізбеу үшін, кейбір жеделдетулерге қарамастан, жұмыс әлі де жылдарға созылады.
– Биотехнологтар гендік редакциямен айналыса ма? Олар жұмыстың нақты бағытын (редакциялау мақсатын) қалай анықтайды?
В.Т.: Биотехнолог таңдалған дақылдың табысты селекционерімен бірге жұмыс істеуі керек және ең дұрысы, басқа маман өндірушілерді тартуы керек. Селекционер шаруалармен бірге міндет қояды, селекционер қолайлы генотиптерді таңдауға көмектеседі. Біз, өз кезегінде, биохимиктер мен генетиктермен кеңесеміз, біз осы негізде не ұсына аламыз деп ойлаймыз (қажетті сипаттамалар әрқашан биологиялық тұрғыдан жеткілікті түрде зерттелмейді). Біз іс жүзінде не істей алатынымызды қарастырамыз, жұмыс кезеңімізді орындаймыз, алынған сызықты селекционерге қайтарамыз, ал селекционер нәтижені сортқа әкеледі.
- Геномды өңдеу қымбат технология ма?
В.Т.: Өсімдікті алу құны дақылға және алынған өсімдіктің өңделгеніне немесе трансгендік болуына байланысты.
Егер жабдық туралы айтатын болсақ, онда вируссыз материал алумен және микроклондаумен айналысатын компания үшін геномды өңдеуге арналған жабдық пен реагенттерді сатып алу салыстырмалы түрде аз соманы құрайды. Мұндай жұмысты бастауға инвестицияның көптігі емес, білікті кадрлардың жоқтығы кедергі болуы мүмкін. Мұндай мамандандырылған тапсырманы өз мойнына алып, орындайтын адамдар өте аз.
Ал шығындарға оралсақ: бұл саладағы технологиялық прогресс өте жылдам. Геномды редакциялау әдістері, айталық, 2012 жылы CRISPR/Cas9 ашылған кезде (бактериялардың иммундық жүйесіне негізделген жоғары организмдердің геномдарын редакциялау технологиясы) және бізде қазір бар нәрсе мүлдем басқа. Жұмыс тиімділігі жылдан жылға артып, шығындар азаяды.
М.Л.: Мұны адам геномының секвенирлеу жобасымен салыстыруға болады. Алғашқы адам геномын халықаралық консорциум 10 жыл бойы 2.7 миллиард долларға ретке келтірді, өйткені мұндай технологиялар 90-шы жылдары қол жетімді болды. Қазіргі уақытта адамның толық геномын секвенирлеу 1000 доллардан аз тұрады және бірнеше күнді алады.
– Сіздің зертханаңыз туралы әңгімеге көшейік, ол іргелі ғылымға бағытталған ба, әлде қолданбалы зерттеулерге бағытталған ба?
В.Т.: Біз екеуін де жасауға тырысамыз. Бастапқыда іргелі істерге басымдық берілді, бірақ қазір біз өз әзірлемелерді тәжірибеде қолдануға тырысамыз.
Қазіргі уақытта, мысалы, біз картоптың Y вирусына төзімділік механизмдерін зерттеп жатырмыз. Бұл көп іргелі жұмыс, бірақ сәтті болса, нәтиже төзімді сорттарды таңдау үшін өте қызықты болады.
М.Л.: Іргелі және қолданбалы ғылым бір-бірімен тығыз байланысты, бірі екіншісінсіз өмір сүре алмайды. Егер біз вирустың өсімдікпен қалай әрекеттесетінін, қандай белгілі ақуыздармен әрекеттесетінін білмесек, өсімдікті төзімді ету үшін оларды өзгерте алмаймыз.
Біз 2018 жылдан бері Y вирусы бойынша зерттеулер жүргізіп келеміз және қазір біз келесі екі жылда төзімділік формуласын аламыз, ал болашақта қажетті практикалық нәтиже: картоп өсімдігі вирустық ақуыздарды синтездемейді, ол вирусқа төзімді болады.
– Сіз ресейлік селекциялық компаниялармен/селекционерлермен ынтымақтасасыз ба?
В.Т.: Картоп бойынша біз жас селекционер Мария Поляковамен жұмыс істейміз, Картоп одағының мамандарымен белсенді түрде байланысып, Картоп федералды зерттеу орталығымен байланыс жасаймыз. А.Г. Лоржа. Қырыққабатқа келетін болсақ, біз Ресей мемлекеттік аграрлық университеті-Мәскеу ауылшаруашылық академиясының селекционерлерімен және тұқым өсірушілерімен араласамыз. Қ.А. Тимирязев Григорий мен Сократ Монахос. Ал бұл салада біз соларды толығымен басшылыққа аламыз.
– Тағы да вирустар туралы. Марина Валерьевна, сіздің ғылыми қызығушылықтарыңыз тек вирусты ғана қамтымайды Y. 2023 жылы Сіз Ресей ғылыми қорының «Өтімділігі жоғары секвенирлеу әдістерін қолдана отырып, өсірілетін картоптың (Solanum tuberosum L.) виромдарын зерттеу» жобасы бойынша зерттеу жүргізуге грант алдыңыз. Неліктен бұл тақырып қызықты?
М.Л.: Картоп, көптеген басқа өсімдіктерге қарағанда, вирустық аурулардан зардап шегеді, өйткені олар вегетативті түрде таралады. Вирустар түйнектерде жиналады және келесі ұрпаққа беріледі, осылайша вирустық жүктеме үнемі өсіп отырады. Олар картоп азып бара жатыр десе, біз дәл осыны айтып отырмыз.
Вирустар инертті жүйелер емес, олар негізгі өсімдікпен де, бір-бірімен де белсенді әрекеттеседі. Белгілі бір вируспен ауырған өсімдік басқа вирусты жұқтыра алмайтын жағдайлар бар. Өсімдікке жалғыз жұқтыра алмайтын вирустар бар, олар тек басқа вирустармен әрекеттеседі. Жақында ғана өсімдіктерге құрғақшылықтан аман қалуға көмектесетін вирустардың түрлерін сипаттайтын жұмыс жарияланды. Мұндай күтпеген паразитизмнен мутуализмге көшу.
Картопта вирустық аурулармен күресетін тиімді химиялық заттар жоқ. Оның денсаулығын жақсарту үшін жеткілікті күрделі және ең бастысы қымбат әдістер әзірленді: in vitro культурасы арқылы микротүбірлерді алу. Бірақ нәтиже бірнеше ұрпаққа ғана жетеді. Басқа шешімдерді табу үшін вирустардың сипаттамаларын толығырақ зерттеу керек, сондықтан зерттеу өте, өте өзекті.
– ГОСТ 33996-2016 «Тұқымдық картоп. Сапаны анықтаудың техникалық шарттары мен әдістері» бес вирусы келтірілген (PVK - X картоп вирусы; SBK - S картоп вирусы; MVK - M картоп вирусы; YBK - Y картоп вирусы; VSLK - жапырақ бұйра вирусы. картоп) және бір вироид (PSTV – картоп шпиндельінің түйнегі вироид). Сіз оларға назар аударасыз ба?
М.Л.: Менің жобам Ресейде картопта кездесетін вирустарды (вирустар коллекциясын) зерттеу үшін жоғары өнімді әдістерді қолдануға бағытталған. Бұл бір өсімдікте әртүрлі вирустардың қандай кешендері кездесетіні тұрғысынан да, осы вирустардың таралуы тұрғысынан да қызықты.
Дүние жүзінде картопта табылған барлығы 50-ден астам вирус белгілі. ГОСТ-те аталғандар ең қауіпті болып табылады, сонымен қатар олардың айқын сыртқы белгілері бар. Осылайша, мозаикалық некроз Y вирусының инфекциясының жалпы көрінісі болып табылады және жапырақтың бұйралағыш вирусының болуын жапырақ тақталарының тән деформациясы арқылы анықтауға болады.
Бірақ фенотиптік түрде көрінбейтін көптеген вирустар бар, бірақ олар дақылға әсер етуі мүмкін. Олар сирек ашылады, бірақ олар ізделмегендіктен ғана.
Мысал ретінде Бүкілресейлік өсімдіктерді қорғау ғылыми-зерттеу институтындағы (ВИЗР) әріптестердің жұмысын келтіре аламын. 2019 жылы олар Ресейде картоп P вирусының табылғаны туралы мақала жариялады.Бұған дейін ол тек Оңтүстік Америкада таралған деп есептелген.
Мәселе мынада: «Көше жарығына» емес, жарық болып тұрған жерге қарасақ, нені ашамыз?
– Зерттеуді қайда жүргізесіз?
М.Л.: Грант шарты бойынша жоба екі жылға созылады. Өткен жылы біз Тула облысындағы картоп шаруашылығымен бірлесіп, материал жинадық, әртүрлі сорттар мен репродукциялармен жұмыс жасадық. Биыл басқа облыстарға барып, онда қандай вирустар барын көреміз.
Зерттеудің қорытындысы 2025 жылы шығарылады, біз олар туралы ресейлік картоп өсірушілерге міндетті түрде айтамыз.