"Ang paraan ng pag-edit ng genome ay hindi dapat sumalungat sa mga tradisyonal na pamamaraan ng pagpili. "Ito ay sa halip ay isang bagong tool," binibigyang diin ang pinuno ng laboratoryo ng paglaban sa stress ng halaman All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology (VNIISB) Vasily Taranov. – Noong unang panahon, ang mga surgeon ay nagsagawa ng mga operasyon gamit ang isang kutsilyo, pagkatapos ay nagpakita sila mga scalpel, pagkatapos ay mga laser. Ganap na iba't ibang mga opsyon ang naging available sa operasyon. Kaya nag-aalok ang genetic engineering ng isang tool kung saan maaari mong kunin at pagbutihin ang isang bagay, ngunit hindi nito kinansela o pinapalitan ang lahat ng ginamit dati."
Ang All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology (VNIISB) ay nagpapatakbo ng isang laboratoryo para sa paglaban sa stress ng halaman, ang gawain nito ay isinasagawa sa dalawang pangunahing direksyon: ang paghahanap ng mga gene na tumutukoy sa resistensya ng halaman sa abiotic at biotic na stress, at pag-edit ng genome ng mga nilinang halaman upang mapataas ang kanilang resistensya sa stress. Kasama sa lugar ng pagsasaliksik ng mga siyentipiko ang mga patatas at mga gulay na bukas sa lupa.
Nakikipag-usap kami sa pinuno ng laboratoryo na si Vasily Taranov at senior researcher na si Marina Lebedeva tungkol sa kung ano ang mga tampok at bentahe ng mga pinakabagong teknolohiya, kung ano ang mga resulta na maaari nilang makamit at kung anong mga problema ng mga producer ng agrikultura ng Russia ang ginagamit ng mga siyentipiko sa laboratoryo upang malutas.
– Ngayon ay maraming usapan tungkol sa pangangailangang pabilisin ang proseso ng pagpili. Ito ay pinaniniwalaan na ang paraan ng pag-edit ng genome ay nagpapahintulot na magawa ito. Ito ay totoo?
V.T.: Mas tamang sabihin na ang mga biotechnological na pamamaraan ay hindi gaanong nakakatulong upang mapabilis ang pagpili kundi palawakin ang mga kakayahan ng mga siyentipiko. Ang proseso ng paggawa sa iba't-ibang ay nananatiling medyo mahaba, dahil pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga halaman na may tiyak na ikot ng buhay.
Ngunit nagiging posible para sa mga espesyalista na makakuha ng mga resulta na magiging lubhang mahirap (kung hindi imposible) na makamit gamit ang mga tradisyonal na pamamaraan ng pag-aanak.
Sa tulong ng genomic na pag-edit, sadyang maaari nating ipakilala ang isang mutation na direktang nakakaapekto sa isang partikular na katangian ng isang iba't, habang pinapanatili ang natitirang bahagi ng kumplikadong mga katangiang mahalaga sa ekonomiya na hindi nagbabago.
M.L.: Isipin na gusto naming ipakilala ang isang resistensya gene mula sa isang ligaw na patatas sa aming nilinang iba't-ibang gamit ang mga tradisyonal na pamamaraan ng pag-aanak. Upang gawin ito, ang breeder ay nagsasagawa ng isang serye ng mga krus ng "savage" na may ilang mga linya ng kultura. Ang problema ay kasama ang gene ng paglaban, ang lahat ng iba pang "ligaw" na mga gene ay inililipat sa iba't, na kadalasang lubhang hindi kanais-nais. Binibigyang-daan ka ng genetic engineering na kumuha/magpalit lamang ng isang gustong gene.
– May pananaw na sa kabila ng katotohanan na ang paraan ng pag-edit ng genome ay kilala sa loob ng humigit-kumulang 10 taon, hindi pa ito nakagawa ng mga kapansin-pansing resulta ng komersyal.
V.T.: Ito ay hindi ganap na totoo. Ang mga nangungunang kumpanya ng pag-aanak sa mundo ay gumagamit ng pag-edit ng genome at hindi ito itinatago. Ngunit hindi namin alam kung ano ang eksaktong ginagawa nila at kung anong mga resulta ang kanilang nakukuha.
Ang mga nakamit ay hindi ina-advertise dahil mas mahal na dalhin sa merkado ang isang planta na naproseso gamit ang mga pamamaraan ng genetic engineering kaysa sa isang tradisyonal na nakuha. At kung minsan ito ay imposibleng gawin.
Kasabay nito, napakahirap patunayan na ang pag-edit ng genome ay ginamit upang lumikha ng isang partikular na pagkakaiba-iba gamit ang mga umiiral na pamamaraan.
Sa panahon ng pagsubok, ang mga espesyalista ay maghahanap ng isang marker sequence sa genome ng organismo; kung ito ay naroroon, ang halaman ay makikilala bilang genetically modified. Ngunit sa genomic editing, walang ipinapasok sa genome, kaya walang mahahanap.
Ang mga pagbabago ay kadalasang nakakaapekto hindi lamang sa isang gene, ngunit sa isang partikular na lugar sa gene, literal na isang nucleotide, isang titik. At ang natitirang bilyun-bilyong mga titik ay nananatiling tulad ng dati. Upang matukoy na ang isang halaman ay na-edit, kailangan mong aktwal na basahin ang buong genome nito, na may saklaw na sampung beses na mas mataas kaysa sa pamantayan upang maalis ang error. Walang gagawa ng ganoong kalaki at napakamahal na pagsusuri, at palaging masasabi ng breeder na nakuha niya ang halaman gamit ang mutagenesis o tradisyonal na pagpili.
– M.L.: Ang pag-edit ng genome sa pangkalahatan, at lalo na ang karanasan sa paggamit ng mga teknolohiyang ito sa mga halaman, ay isang medyo kamakailang kuwento.
Hindi bababa sa dahil upang baguhin ang isang tampok na kailangan mong malaman kung ano ang eksaktong at kung paano i-edit ito. Ang mga katangian ng halaman ay tinutukoy ng mga gene, kadalasan ay isang hanay ng mga gene, kung saan dapat pumili ng angkop na mga target para sa pag-edit. Ngunit ang pagpapaliwanag sa mga pag-andar at regulasyon ng mga partikular na gene na nag-aambag sa mga katangian ng interes ay nangangailangan ng kumplikado at madalas na mahabang pag-aaral. Kung ihahambing sa mga hayop at tao, masasabi nating hindi natin alam ang marami sa mga mekanismo ng molekular ng mga katangian ng halaman (halimbawa, paglaban, produktibidad, atbp.) nang husto. Kasabay nito, ang mga genome ng halaman ay mas malaki at mas kumplikado, na hindi pinapasimple ang gawain. Gayunpaman, marami na ang nalalaman sa pamamagitan ng pangunahing pananaliksik sa biology ng halaman, at kapag mas naiintindihan natin ito, mas tumataas ang ating mga posibilidad para sa pagbabago.
Bilang karagdagan, pinag-uusapan natin ang tungkol sa isang paraan na ginagawang posible upang iwasto ang ilang mga katangian, ngunit hindi upang ipakilala ang mga bagong varieties sa merkado, trabaho kung saan, sa kabila ng ilang acceleration, ay tumatagal pa rin ng mga taon.
– Gumagawa ba ng pag-edit ng gene ang mga biotechnologist? Paano nila matutukoy ang aktwal na direksyon ng trabaho (ang layunin para sa pag-edit)?
V.T.: Ang biotechnologist ay dapat makipagtulungan sa isang matagumpay na breeder ng napiling pananim at, sa isip, kasangkot ang iba pang mga espesyalista na producer. Ang breeder, kasama ang mga magsasaka, ang nagtatakda ng gawain, ang breeder ay tumutulong sa pagpili ng angkop na genotypes. Kami naman, kumunsulta sa mga biochemist at geneticist, sa palagay namin kung ano ang maiaalok namin sa batayan na ito (ang mga kinakailangang katangian ay hindi palaging sapat na pinag-aralan mula sa isang biological na pananaw). Tinitingnan namin kung ano talaga ang maaari naming gawin, isagawa ang aming yugto ng trabaho, ibalik ang resultang linya sa breeder, at dinadala ng breeder ang resulta sa iba't.
- Ang pag-edit ba ng genome ay isang mamahaling teknolohiya?
V.T.: Ang halaga ng pagkuha ng halaman ay depende sa crop at kung ang resultang halaman ay edited o transgenic.
Kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa kagamitan, kung gayon para sa isang kumpanya na nakatuon na sa pagkuha ng materyal na walang virus at microcloning, ang pagbili ng mga kagamitan at reagents para sa pag-edit ng genome ay nagkakahalaga ng medyo maliit na halaga. Ang balakid sa pagsisimula ng naturang gawain ay maaaring hindi ang napakaraming halaga ng pamumuhunan, ngunit ang kakulangan ng mga kwalipikadong tauhan. Napakakaunting mga tao ang maaaring kumuha at magsagawa ng gayong espesyal na gawain.
At pagbabalik sa mga gastos: ang pag-unlad ng teknolohiya sa lugar na ito ay napakabilis. Ang mga paraan ng pag-edit ng genome, sabihin, noong 2012, nang matuklasan ang CRISPR/Cas9 (isang teknolohiya para sa pag-edit ng mga genome ng mas matataas na organismo, batay sa immune system ng bakterya), at kung ano ang mayroon tayo ngayon ay ibang-iba. Ang kahusayan sa pagpapatakbo ay tumataas taon-taon, at bumababa ang mga gastos.
M.L.: Ito ay maihahambing sa proyekto ng pagkakasunud-sunod ng genome ng tao. Ang unang genome ng tao ay pinagsunod-sunod ng isang internasyonal na consortium sa loob ng 10 taon para sa 2.7 bilyong dolyar dahil lamang sa mga teknolohiyang ito ay magagamit noong dekada 90. Sa kasalukuyan, ang pagkakasunud-sunod ng isang kumpletong genome ng tao ay nagkakahalaga ng mas mababa sa $1000 at tumatagal ng ilang araw.
– Magpatuloy tayo sa pag-uusap tungkol sa iyong laboratoryo, nakatutok ba ito sa pangunahing agham o inilapat na pananaliksik?
V.T.: Sinusubukan naming gawin pareho. Sa una, ang priyoridad ay ibinigay sa mga pangunahing bagay, ngunit ngayon ay sinusubukan naming ilapat ang aming mga pag-unlad sa pagsasanay.
Sa ngayon, halimbawa, pinag-aaralan namin ang mga mekanismo ng paglaban ng patatas sa virus Y. Ito ay maraming pangunahing gawain, ngunit kung matagumpay, ang resulta ay magiging lubhang kawili-wili para sa pagpili ng mga lumalaban na varieties.
M.L.: Ang pangunahing at inilapat na agham ay malapit na magkakaugnay; hindi maaaring umiral ang isa kung wala ang isa. Kung hindi natin alam kung paano nakikipag-ugnayan ang virus sa halaman, kung aling mga partikular na protina, hindi natin mababago ang mga ito para maging lumalaban ang halaman.
Nagsasagawa kami ng pananaliksik sa virus Y mula noong 2018 at ngayon ay lumalapit sa katotohanan na sa susunod na dalawang taon ay makakakuha kami ng isang formula para sa paglaban, at sa hinaharap ang kinakailangang praktikal na resulta: ang halaman ng patatas ay hindi mag-synthesize ng mga viral protein, ito magiging lumalaban sa virus.
– Nakikipagtulungan ka ba sa Russian breeding companies/breeders?
V.T.: Sa patatas, nakikipagtulungan kami sa isang batang breeder na si Maria Polyakova, aktibong nakikipag-usap sa mga eksperto mula sa Potato Union, at nagpapanatili ng mga contact sa Potato Federal Research Center na pinangalanan. A.G. Lorja. Tulad ng para sa repolyo, nakikipag-ugnayan kami sa mga breeders at seed growers ng Russian State Agrarian University-Moscow Agricultural Academy na pinangalanan. K.A. Timiryazev nina Grigory at Socrates Monachos. At sa mga ginagawa natin sa lugar na ito, tayo ay ganap na ginagabayan ng mga ito.
- At muli tungkol sa mga virus. Marina Valerievna, ang iyong hanay ng mga pang-agham na interes ay kasama hindi lamang ang virus Y. Noong 2023, nakatanggap ka ng grant mula sa Russian Science Foundation upang magsagawa ng pananaliksik sa proyektong "Pag-aaral ng mga virome ng nilinang patatas (Solanum tuberosum L.) gamit ang mga pamamaraan ng high-throughput na sequencing." Bakit kawili-wili ang paksang ito?
M.L.: Patatas, sa isang mas malawak na lawak kaysa sa maraming iba pang mga halaman, magdusa mula sa viral sakit, dahil sila ay propagated vegetatively. Ang mga virus ay naipon sa mga tubers at ipinapasa sa mga susunod na henerasyon, kaya ang viral load ay patuloy na lumalaki. Kapag sinabi nila na ang patatas ay nabubulok, ito mismo ang pinag-uusapan.
Ang mga virus ay hindi mga inert system; sila ay aktibong nakikipag-ugnayan sa parehong host plant at sa isa't isa. May mga kaso kung saan ang isang halaman na may sakit na sa isang partikular na virus ay hindi maaaring mahawaan ng isa pa. At may mga virus na hindi makakahawa sa isang halaman nang mag-isa; kumikilos lamang sila sa pakikipagtulungan sa iba pang mga virus. Kamakailan lamang, isang akda ang nai-publish na naglalarawan sa mga anyo ng mga virus na tumutulong sa mga halaman na makaligtas sa tagtuyot. Ang gayong hindi inaasahang paglipat mula sa parasitismo tungo sa mutualism.
Walang mabisang kemikal para labanan ang mga viral disease sa patatas. Upang mapabuti ang kalusugan nito, medyo kumplikado at, pinaka-mahalaga, ang mga mamahaling pamamaraan ay binuo: sa pamamagitan ng in vitro culture, pagkuha ng microtubers. Ngunit ang resulta ay tumatagal lamang ng ilang henerasyon. Upang makahanap ng iba pang mga solusyon, kailangan mong pag-aralan ang mga katangian ng mga virus nang mas detalyado, kaya ang pag-aaral ay napaka-kaugnay.
– GOST 33996-2016 “Mga buto ng patatas. Mga teknikal na kondisyon at pamamaraan para sa pagtukoy ng kalidad" limang virus ang nakalista (PVK - X potato virus; SBK - S potato virus; MVK - M potato virus; YBK - Y potato virus; VSLK - leaf curl virus patatas) at isang viroid (PSTV – potato spindle tuber viroid). Magtutuon ka ba sa kanila?
M.L.: Nilalayon ng aking proyekto na gumamit ng mga high-throughput na pamamaraan upang pag-aralan ang mga virome na iyon (mga koleksyon ng mga virus) na nasa patatas sa Russia. Ito ay kawili-wili kapwa mula sa punto ng view ng kung anong mga complex ng iba't ibang mga virus ang matatagpuan sa isang halaman, at mula sa punto ng view ng pagkalat ng mga virus na ito.
Sa kabuuan, higit sa 50 mga virus na matatagpuan sa patatas ay kilala sa mundo. Ang mga nakalista sa GOST ay kabilang sa mga pinaka-mapanganib, at bilang karagdagan, mayroon silang malinaw na panlabas na mga palatandaan. Kaya, ang mosaic necrosis ay isang karaniwang pagpapakita ng impeksyon sa virus Y, at ang pagkakaroon ng leaf curl virus ay maaaring matukoy ng katangian ng pagpapapangit ng mga blades ng dahon.
Ngunit mayroong maraming mga virus na hindi nagpapakita ng kanilang mga sarili sa phenotypically, bagaman maaari rin silang magkaroon ng epekto sa crop. Ang mga ito ay bihirang natuklasan, ngunit dahil lamang sa hindi sila hinahanap.
Bilang halimbawa, maaari kong banggitin ang gawain ng mga kasamahan mula sa All-Russian Research Institute of Plant Protection (VIZR). Noong 2019, naglathala sila ng isang artikulo tungkol sa pagtuklas ng potato virus P sa Russia. Dati pinaniniwalaan na eksklusibo itong ipinamahagi sa South America.
Ang tanong ay ano ang matutuklasan natin kung hindi tayo tumingin sa "ilaw ng kalye" kung saan ito ay maliwanag, ngunit kung saan hindi pa tayo tumitingin.
– Saan mo isasagawa ang iyong pananaliksik?
M.L.: Ayon sa mga tuntunin ng grant, ang proyekto ay tatagal ng dalawang taon. Noong nakaraang taon, nakipagtulungan kami sa isang sakahan ng patatas sa rehiyon ng Tula, nakolekta ang materyal, nagtrabaho sa iba't ibang uri at pagpaparami. Sa taong ito ay pupunta tayo sa ibang mga rehiyon at tingnan kung anong mga virus ang matatagpuan doon.
Ang mga resulta ng pag-aaral ay ibubuod sa 2025, at tiyak na sasabihin namin sa mga nagtatanim ng patatas ng Russia ang tungkol sa kanila.