Семена будущего. Придет ли в Украину CRISPR-Cas?

29 ноября 2016, 07:03 5190

Почему, пока европейцы и американцы успешно редактируют геномы растений, наделяя их нужными характеристиками для минимальных потерь урожая, украинские ученые застряли в прошлом веке из-за борьбы с ГМО?

Осенью исследователи компании DuPont Pioneer поведали украинским журналистам о новейшей технологии редактирования генома — CRISPR-Cas. Директор по исследованиям DuPont Pioneer в Европе доктор Арло Томпсон рассказал, что новая технология, которая в Украине еще не известна в практическом аспекте, способна обеспечить устойчивость кукурузы к засухе, более высокую, по сравнению с традиционными семенами, продуктивность, ведь смена климатических условий в сторону потепления ощущается европейскими аграриями уже сегодня.

«Быстрый рост населения в сочетании с ограниченными ресурсами и изменениями климата требует инноваций, чтобы идти в ногу с темпами этих изменений», — говорит вице-президент по исследованиям и развитию компании DuPont Нил Гуттерсон. По его словам, CRISPR-Cas — один из инструментов, которые применяются с целью улучшения эффективности возделывания сельхозкультур.

Исследователи утверждают, что CRISPR-Cas — передовая технология селекции растений, благодаря которой удается вывести семена с улучшенными характеристиками, но при этом использовать родные характеристики собранного урожая. Так, уже выведен специальный засухоустойчивый гибрид кукурузы, и сейчас проводятся испытания для определения коммерческого потенциала таких семян в различной среде. Впрочем, согласно публикациям исследователей DuPont Pioneer, эффективность и гибкость системы CRISPR-Cas в развитии сельскохозяйственных культур — сои и кукурузы — уже доказаны. Также проведено исследование относительно внедрения технологии в странах Африки.

«Наши ученые демонстрируют захватывающий прогресс, и мы рады возможности сотрудничать с другими странами для дальнейшего распространения семян, выведенных путем CRISPR-Cas», — отмечает Гуттерсон.

«N. B.!» Какой он, инновационный центр по изучению полевых культур в Испании DuPont Pioneer

В текущем году DuPont Pioneer объявил о намерении коммерциализировать гибриды восковой кукурузы в качестве своего первого продукта, разработанного с CRISPR-Cas. Ученые рассчитывают, что CRISPR-Cas может быть применена для кукурузы, сои, рапса, пшеницы и риса.

Количество научных трудов по технологии CRISPR-Cas

Преимущества и секреты CRISPR-Cas

У CRISPR-Cas есть ряд достоинств, которых нет у других систем генной инженерии.

Во-первых, она позволяет разрабатывать индивидуальные решения сельского хозяйства для устранения реальных проблем фермеров во всем мире. CRISPR-Cas является эффективной и целенаправленной технологией селекции растений.

Во-вторых, фермеры нуждаются в инновациях для обеспечения мировой продовольственной безопасности. Ведь во всем мире фермеры сталкиваются с реальными проблемами, потому что растения страдают от таких вещей, как изменение климата, засуха и болезни. Для того чтобы убедиться, что здоровое питание доступно для растущего населения мира, фермерам нужны семена, которые будут высокоурожайными и безопасными для людей и окружающей среды.

В-третьих, земледельцы получают новые сорта растений, пользуясь селекционными методами, уже более 10 тыс. лет. CRISPR-Cas является более целенаправленным способом создания полезных сортов и гибридов, используя лучшие характеристики, которые помогают получить оптимальный урожай.

Как это работает?

В природе под влиянием различных факторов, в т.ч. активности вирусов, ДНК растений модифицируется следующим образом.

Живые клетки умеют сами «ремонтировать» разрывы в своей ДНК. При этом в т.н. «спейсеры», которые находятся между локусами CRISPR (букв. короткими регулярно сгрупированными палиндромными повторами), встраивается информация о том или ином действии, необоходимом организму. Современные исследователи научились использовать механизм основаный на работе ассоциированных белков Cas, с помощью которого клетки защищают себя от влияния чужеродных вирусов. Информация об этих вирусах встраивается в ДНК в виде особых уникальных последовательностей называемых «спейсерами», чтобы впоследствии на основании ее иметь возможность нейтрализовывать вирусы. На тех же принципах построено и редактирование генома с помощью технологии называемой CRISPR-Cas.

С помощью CRISPR-Cas есть возможность удалить, заменить или редактировать геном, программируя таким образом желаемый результат. Так можно создать растение, устойчивое к засухе или болезням.

Эволюция продуктивности семян кукурузы показана ниже. Семена, созданные с помощью CRISPR-Cas, — самые продуктивные.

Что думают практики?

Пока для Украины технология CRISPR-Cas — лишь описанная зарубежными коллегами практика, применить которую в нашей стране не осмелился никто. AgroPortal.ua поинтересовался у участников рынка, что сдерживает приход в Украину новшеств генной инженерии.

Сергей Резниченко, руководитель отдела маркетинга DuPont Pioneer Украина

Технология сама по себе находится все еще на ранней стадии, но, так или иначе, в DuPont Pioneer считают, что истинный эффект этого важного инновационного метода селекции растений будет достигнут за счет активного взаимодействия с потенциальными клиентами, научными кругами, правительствами, неправительственными организациями и общественными научно-исследовательскими институтами для разработки новых решений для самых сложных сельскохозяйственных проблем.

Эта технология позволит создавать лучшие решения, которые смогут привести к снижению воздействия на окружающую среду, — например, улучшенные сорта и гибриды, которые нуждаются в меньшем количестве воды для формирования того же количества урожая и более эффективно используют удобрения. DuPont Pioneer работает в направлении представления своего первого коммерческого продукта, разработанного с помощью CRISPR-Cas, что позволит вывести передовую технологию на мировой рынок в течение ближайших пяти лет (с учетом результатов полевых испытаний и регуляторных решений), — следующее поколение восковидных гибридов кукурузы. Компания намерена продолжать работать над созданием продуктов на основе передовой селекционной технологии CRISPR-Cas и имеет ряд концепций в стадии реализации, ориентированных на устойчивость к болезням, засухоустойчивость и улучшенные гибридные системы. Технология может быть применима для всех культур Pioneer.

CRISPR-Cas является более продвинутым инструментом, чем все предыдущие поколения редактирования генома, поскольку ожидается, что эта технология поможет ученым разрабатывать инновационные и устойчивые решения для производителей — аналогичные тем, которые реализуются с помощью маркеров селекции растений, но с еще большим качеством и точностью и с более эффективными сроками развития. CRISPR-Cas позволяет ученым улучшить способность семени противостоять засухе или болезням. Можно провести аналогию с обработкой текстов: так же, как редактирование слов в предложении, CRISPR-Cas выполняет конкретный поиск в ДНК растения с целью добавить, удалить или переписать целевые генетические последовательности произрастающих растений для достижения конкретных характеристик, например, таких как повышенный синтез крахмала, устойчивость к засухе или болезням. Методы селекции растений совершенствовались с течением времени, но главные принципы остаются теми же и для самых инновационных подходов: получить из семян растения и по наблюдаемому проявлению фенотипа выбрать те, которые наиболее подходят для наших целей.

Аркадий Лунгул, руководитель научно-исследовательского отдела «Кернел»

Использование технологии CRISPR-Cas для выращивания новых гибридов в Украине пока невозможно. Для ее запуска нужны существенные инвестиции, закупка специального оборудования, поиск и обучение узкоспециализированных экспертов, владеющих технологией, которых сейчас в Украине нет. CRISPR-Cas можно смело назвать прорывом в селекционной науке. Благодаря этой технологии можно ускоренно (на 3-6 лет быстрее) получать новые линии и гибриды путем удаления генома или замены его другим. Главным отличием от всем нам известного ГМО является использование в технологии CRISPR-Cas генома того же растения, только дикого вида, вместо имплантации генома животных или других растений, как происходит в технологии ГМО.

Гибриды, полученные с помощью технологии CRISPR-Cas, уже в ближайшее время будут доступны в Украине. Мы планируем провести тестирование и после получения положительного результата будем принимать решение о выращивании их на наших полях.

Борис Сорочинский, доктор биологических наук, координатор Комитета по аграрной биотехнологии УКАБ

Стоит ли говорить о том, чем эта технология может быть полезна человечеству, а она открывает множество возможностей. Повышение иммунитета, лечение наследственных болезней, создание новых видов растений, пород животных. Все зависит от того, как человек использует эту технологию. В рамках аграрного сектора с ее помощью можно сделать растение устойчивым к вредителям, вирусам, к засухе, обеспечить длительное хранение, повысить качество продукции. Скорее всего, результаты внедрения технологий, рано или поздно, распространятся в Украине, но обидно, что мы не будем причастны к их разработке.

В 2013 году были опубликованы первые материалы, касающиеся этой технологии. Исследователи описывали молекулярные механизмы защиты бактерий в ответ на вирусную инфекцию. Оказалось, что благодаря таким механизмам, которые получили общее название «редактирование генома», можно изменять нуклеотидные последовательности в геноме не только бактерий, но и других организмов, в том числе растений, животных и людей. Поэтому открываются колоссальные перспективы. Сегодня это открытие, как и другие новые методы, широко применяется и в селекции растений. Кстати, технология вышла за пределы лабораторий — в США в мае текущего года выведены на рынок съедобные грибы, которые были усовершенствованы таким образом, что не темнеют при хранении; несколько недель назад федеральное агентство США по контролю за лекарствами и пищевыми продуктами (FDА) дало разрешение на клиническое применение этой технологии для лечения одной из форм слепоты у человека, обусловленной генетическими факторами. И это только начало — напомню, что первые научные публикации появились лишь несколько лет назад.

Эти технологии внедряются в странах, где современная наука занимает достойное место в обществе. К сожалению, естественная наука и молекулярная биология в частности в Украине безнадежно отстали. Ничто не появляется на ровном месте, организация современных научных исследований — это большая комплексная вещь, которая требует стратегического видения и подхода. Безусловно, существует проблема финансирования, впрочем, у нас не заложена соответствующая инфраструктура: это и определенная логистика, коммуникации, информационные базы, сервис, ресурсы и тому подобное. Любая современная лаборатория — это достаточно дорогое удовольствие, а для начала надо купить весьма ценные приборы, обеспечить бесперебойную работу в виде поставки расходных материалов, иметь квалифицированный и мотивированный штат.

Современная молекулярно-биологическая лаборатория может располагаться на площади в 100-200 квадратных метров, но утварь для нее стоит много сотен тысяч и миллионов долларов, и, как указано выше, для нее необходима соответствующая инфраструктура. Самое главное — в проведении таких исследований и в их результатах нужно быть заинтересованным.

Евгений Заика, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник ННЦ «Институт земледелия НААН», отдел селекции и семеноводства зерновых культур

Технология редактирования генома CRISPR-Cas — это новейшее направление в современной генетике. На него возлагают много надежд в лечении наследственных болезней и создании принципиально новых сортов растений. Активно развиваясь в США, она распространяется и в другие страны. В США уже официально зарегистрирован сорт шампиньонов, которые не темнеют при резке, и список улучшенных культур еще не закрыт.

Мне пока неизвестно, используют ли в Украине CRISPR-Cas, однако потенциальная выгода от нее огромная. С другой стороны, украинское общество не готово к таким технологиям, поскольку формально это продолжение эпопеи генетически модифицированных организмов. Поэтому она обречена на забвение в Украине, где полностью блокируются новые технологии по модификации генома.

Наталия Помянская, AgroPortal.ua